Выбор посадок на валы и в отверстия корпуса

ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Подшипники качения являются стандартными сборочными единицами, изготавливаемыми на специализированных заводах. Они состоят из наружного и внутреннего колец, между которыми расположены тела качения (шарики или ролики), заключенные в сепараторе (рис. 9).

Рис. 9. Подшипник качения:

1 – наружное кольцо, 2 – внутреннее кольцо, 3 – тела качения, 4 – сепаратор

Для обеспечения различных условий работы при повышенных требованиях к точности вращения разработаны разные конструкции подшипников качения, установленные соответствующими стандартами. По посадочным (монтажным) размерам d, D, B подшипники обладают полной и внешней взаимозаменяемостью, которая позволяет быстро установить новые или заменить изношенные подшипники.

По размерам внутри самого подшипника (размеры беговой дорожки наружнего и внутреннего колец, тел качения) они обладают внутренней и неполной взаимозаменяемостью.

Точность изготовления подшипника установлена стандартом ГОСТ 520-02 (ИСО 492-86, ИСО 199-79). В зависимости от наличия требований по уровню вибрации, допускаемых значений уровня вибраций, установлены три категории подшипников: А, В, С. Для шариковых, роликовых радиальных, шариковых радиально-упорных подшипников приняты следующие классы точности: 8, 7, нормальный, 6, 5, 4, 2, Т. Класс точности указывают через тире перед условным обозначением подшипника, например, 6-205.

Соединение подшипников качения с валами и отверстиями корпусов осуществляется в соответствии с ГОСТ 3325-85 (СТ СЭВ 773-77). Посадка наружного кольца с отверстием корпуса по наружному диаметру D назначается по системе вала, посадка внутреннего кольца с валом по диаметру d – по системе отверстия [1, 2, 3, 9, 11, 41, 43].

При выборе посадок подшипников качения на вал и в корпус учитывают ряд факторов: вид нагружения колец, величину и характер действующих нагрузок, условия работы подшипника в узле, частоты сборки и разборки и т.д. Определяющим при выборе посадок является вид нагружения колец. Различают следующие виды: местное, циркуляционное и колебательное (рис. 10).

а) б)

Рис. 10. Виды нагружения колец:

а) циркуляционное нагружение внутреннего кольца; местное нагружение наружного кольца; б) местное нагружение внутреннего кольца; циркуляционное нагружение

наружного кольца

,

где – постоянная по величине и направлению нагрузка;

– вращающаяся нагрузка.

При местном нагружении кольцо воспринимает и передает посадочной поверхности постоянную по направлению радиальную нагрузку одним и тем же ограниченным участком дорожки качения.

При циркуляционным нагружении кольцо воспринимает вращающуюся радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса.

При колебательном нагружении невращающееся кольцо воспринимает и передает соответствующей посадочной поверхности равнодейству-ющую F_с + F_r двух радиальных нагрузок: F_r – постоянной по направлению и F_с – вращающейся, меньшей по величине, вследствие чего равнодействующая F_с + F_r не совершает полного оборота, а колеблется на некотором участке дорожки качения.

Из условия повышения долговечности местно-нагруженные кольца рекомендуется сажать на вал и корпус «свободными» посадками, то есть посадками с зазором.

Циркуляционно-нагруженные кольца должны соединяться с посадочными поверхностями с натягом, используются при этом, в основном, переходные посадки.

Наличие зазора между циркуляционно-нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к развальцовыванию и истиранию металла сопряженной детали, что недопустимо.

Колебательно-нагруженные кольца сажают посадками js4, js5, js6, JS4, JS5, JS6.

При посадке подшипников классов точности нормальный и 6-й отверстия в корпусах обрабатываются по 7-му, валы – по 6-му квалитетам. При посадке подшипников классов 5 и 4 – отверстия в корпусах обрабатывают по 6-му, валы – по 5-му квалитетам. При посадке подшипников 2-го класса точности отверстия следует обрабатывать по 5-му, 4-му, валы – по 3-му,
4-му квалитетам.

Рекомендуемые поля допусков вала и отверстия корпусов под внутренние и наружные кольца, испытывающие cоответствующее нагружение, приведены в [41].

При циркуляционном нагружении колец подшипника выбор посадки на валы и отверстия корпуса может производиться по интенсивности радиальной нагрузки P_R на посадочной поверхности.

Интенсивность нагрузки подсчитывается по формуле:

P_R = F_r / b·K₁·K₂·K₃, (17)

где F_r – радиальная нагрузка на опору, H;

b – рабочая ширина посадочного места, м: b = B-2_r; здесь B – ширина подшипника, м; r – радиус скругления кромок отверстия внутреннего кольца, м;

К₁ – динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации
К₁ = 1; при перегрузке до 300 %, сильных ударах и вибрации К₁ = 1,8);

К2 – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом или тонкостенном корпусе (при сплошном вале К2 = 1);

К3 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки F_r между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки F_a на опору.

Отклонение формы (допуск цилиндричности) при посадке подшипников классов точности нормальный и 6-й не должно превышать 1/4 допуска на размер, а при посадке подшипников классов 5-й и 4-й – 1/8 части допуска на размер.

Шероховатость посадочных поверхностей валов и отверстий в корпусах не должна превышать величины, указанной в табл. 3 в [41].

Отклонения для колец подшипников определяются по ГОСТ 520-02 (ИСО 492-94, ИСО 199-97).

Пример

Для заданного подшипника качения и условий его функционирования (табл. 3 приложения) выбрать посадки для сопряжений: внутреннее кольцо-вал и наружное кольцо-отверстие корпуса.

Исходные данные:

Номер подшипника 0-207

Радиальная нагрузка, Н F_r = 3000

Перегрузка, % 150

Дополнительные сведения нагрузка с ударами, вал не вращается

1. Определяются размеры посадочных поверхностей подшипника 207 (шариковый радиальный однорядный легкой серии) по ГОСТ 8338-75 [43]:

d = 35 мм, D = 72 мм, В = 17 мм, r = 2 мм.

2. Определяется вид нагружения колец подшипника.

вал не вращается, следовательно, внутреннее кольцо испытывает местное нагружение, а наружное – циркуляционное нагружение (то есть вращается вместе с корпусом).

3. Определяются отклонения посадочных поверхностей подшипника по ГОСТ 520-02 (ИСО 492-86, ИСО199-79) или ГОСТ 520-89 для класса точности 0, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Предельные отклонения размеров подшипников, мкм (ГОСТ 520-89)

Номинальный диаметр внутренний d, наружный D, мм	Кольцо внутреннее	Кольцо наружнее
dm	d	Dm	D
-EI	-El	+ES	-ei	-ei	+es
Радиальные шариковые и роликовые. Класс точности 0
Св 30 до 50 " 50 " 80	-12	-15	+3	-13	-17	+4

Наружный диаметр, мм:

D=72 D_m=72_-0,013

Внутренний диаметр, мм:

d=35 d_m=35_-0,012

Ширина подшипника качения В = 17_-0,120 мм.

4. Определяется посадка для циркуляционно-нагруженного наружного кольца с корпусом: поскольку нагружение циркуляционное, то рассчитывается интенсивность нагрузки Р_r по (17):

кН/м;

b = В - 2 · r =17 - 2 · 2 = 13 мм,

где r – фаска или радиус округления подшипника качения, мм: r = 2 мм.

При циркуляционном нагружении выбор посадки производится в зависимости от посадочного размера, класса точности подшипника и интенсивности радиальной нагрузки, из рекомендуемых для соединения подшипников качения 0 и 6-го классов точности с отверстиями корпуса (табл. 6).

Таблица 6

Поля допусков посадочных мест под подшипники качения

при циркуляционном нагружении [9,41]

Диаметр наружного кольца подшипника D, мм	Поля допусков отверстия корпуса при Р, Н/мм
К6, К7	М6, М7	N6, N7	Р7
Св. 50 до 180 Св. 180 до 360	До 800	800...1000 1000...1500	1000...1300 1500...2000	1300...2500 2000...3300

Для полученного значения Р_r = 230 кН/м определяется поле допуска отверстия в корпусе – К7, для которого предельные отклонения выбираются по таблицам ГОСТ 25347-82.

Для D = 72 мм предельные отклонения:

ES = + 9 мкм,

EI = - 21 мкм.

Рекомендуемая посадка подшипника и отверстия корпуса Æ72 .

5. Определяется посадка внутреннего кольца с валом при местном нагружении; в соответствии с условиями работы по табл. 7 выбирается поле допуска вала.

Так как нагрузка 150 %, то для d = 35 мм поле вала - h6, для которого предельные отклонения выбираются по таблицам ГОСТ 25347-82:

es = 0,

ei = -16 мкм.

Таблица 7

Рекомендуемые поля допусков подшипников качения

при местном нагружении [9,41]

Размеры посадочных диаметров, мм	Поля допусков валов и отверстий корпуса	Тип подшипников
	на вал	в стальной или чугунный корпус
		неразъемный	разъемный
Нагрузка с ударами и вибрацией (до 300%)
До 80	h5,h6	Js6, Js7	Js6, Js7	Все типы
Св. 80 до 260	Н6,Н7
260 - 500	g5, g6

Рекомендуемая посадка подшипника и вала редуктора

Æ35 .

6. Результаты решения заносятся в табл. 8.

Таблица 8

Результаты выбора посадок подшипников качения

Монтажные размеры, мм	Коэффициенты	Рr, кН/м	Выбранная посадка
d	D	В	r	К1	K2	К3		на вал	в корпус
Æ35	Æ72	17-0,12					230,7	Æ35h6	Æ72К7

РАСЧЕТ ДОПУСКОВ РАЗМЕРОВ,

ВХОДЯЩИХ В РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

При конструировании машин, приборов, механизмов и других изделий, проектировании технологических процессов, выборе средств и методов измерений возникает необходимость в проведении размерного анализа, с помощью которого достигается правильное соотношение взаимосвязанных размеров создаваемого объекта производства.

При этом с помощью теории размерных цепей (Р.Ц.) могут быть решены следующие конструкторские, технологические и метрологические задачи:

1. Установление геометрических и кинематических связей между размерами деталей, расчет номинальных значений, отклонений и допусков размеров звеньев.

2. Расчет норм точности и разработка технических условий на машины и их составные части.

3. Анализ правильности в простановке размеров и отклонений на рабочих чертежах деталей.

4. Расчет межоперационных размеров, припусков и допусков, пересчет конструктивных размеров на технологические.

5. Обоснование последовательности технологических операций при изготовлении и сборке изделий.

6. Обоснование и расчет точности приспособлений.

7. Выбор средств и методов измерений, расчет достижимой точности измерений.

Размерный анализ основан на составлении и расчете размерных цепей и нормирован РД 50-635-78. Цепи размерные. Основные понятия, методы расчета линейных и угловых цепей. Методы расчета Р.Ц. изложены также в [1, 2, 3, 4, 6, 8].

Размерная цепь представляет собой совокупность размеров (звеньев), образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. В качестве звеньев могут служить линейные размеры, углы поворота, отклонения от параллельности, отклонения от соосности, зазоры, натяги.

Различают следующие виды звеньев:

а) исходное звено, заданный номинальный размер и предельные отклонения которого определяют функционирование механизма и должны быть обеспечены в результате решения размерной цепи. Для технолога исходным звеном является размер, выполнение которого с соответствующими допусками нужно обеспечить технологическими решениями при изготовлении или сборке;

б) замыкающее звено, номинальный размер и допуск которого получается автоматически как результат построения или расчета остальных звеньев цепи (то есть размер замыкающего звена получается последним в процессе обработки детали, сборки узла машины или измерения). Замыкающее звено при изготовлении изделия не контролируется: это зазор, натяг при сборке, размер с допуском при механической обработке, которые появляются в процессе выполнения всех остальных звеньев Р.Ц.;

в) составляющие звенья – это все звенья, изменение которых автоматически приводит к изменению исходного (замыкающего) звена. Составляющее звено является увеличивающим или уменьшающим в зависимости от того, увеличивает или уменьшает оно исходное (замыкающее) звено при собственном увеличении. Над буквенными обозначениями звеньев принято изображать стрелку, направленную вправо для увеличивающих звеньев и влево – для уменьшающих, например, , и т.д.

При решении Р.Ц. возникают две задачи: прямая и обратная. При решении прямой задачи, исходя из установленных требований к величине замыкающего звена, определяются номинальные размеры, величины и координаты середины полей допусков и предельные отклонения всех звеньев, составляющих размерную цепь.

При решении обратной задачи, исходя из установленных величин составляющих звеньев, определяются величина и координата середины поля допуска и предельные отклонения замыкающего звена. Эта задача встречается при расчетах техпроцессов или как проверочная при конструировании деталей узлов (проверочный расчет).

Прямая задача, типичная для конструкторских расчетов (проектный расчет), наиболее часто встречается на практике. Она является наиболее важной, так как конечная цель расчетов допусков составляющих размеров при заданной точности сборки, то есть заданном допуске исходного размера, – обеспечить выполнение машиной ее функционального назначения. Точность составляющих размеров должна гарантировать заданную точность исходного (функционального) размера. Естественно, что решение прямой задачи значительно сложнее и более трудоемко. В литературе прямая и обратная задачи иногда называются первой и второй.

Существуют следующие методы решения Р.Ц.:

1) метод полной взаимозаменяемости;

2) метод неполной взаимозаменяемости;

3) метод групповой взаимозаменяемости;

4) метод пригонки;

5) метод регулирования.

Они изложены в [1, 2, 3, 4, 6, 8].