Посадки подшипников качения

Цель занятия

1 Научиться обоснованно назначать поля допусков для размеров деталей, сопрягаемых с подшипниками качения.

2 Научиться строить схему полей допусков деталей сопрягаемых с кольцами подшипников качения.

Содержание занятия

1. Изучить классификацию и обозначение подшипников качения.

2. Изучить точность размеров и виды нагружения подшипников.

3. Определить вид нагружения колец подшипников по заданным чертежам узлов и значениям нагрузок.

4. Выбрать посадки колец подшипников.

5. Составить отчет о проделанной работе.

Общие сведения

Подшипники качения (шариковые и роликовые) представляют собой стандартные узлы и изготавливаются на специализированных заводах.

Правильная работа и эффективность эксплуатации подшипников качения (долговечность и надежность) в значительной степени зависят от точности их сборки, точности присоединительных размеров и характера посадок подшипников на вал и в корпус.

Классификация подшипников качения

Подшипники классифицируют по следующим признакам:

1) по направлению воспринимаемой нагрузки:

- радиальные, воспринимающие преимущественно радиальную нагрузку;

- радиально-упорные, воспринимающие комбинированную нагрузку (радиальную и осевую одновременно или поочередно с преобладанием одной из них);

- упорно – радиальные, воспринимающие в основном осевую нагрузку, но способные воспринимать небольшую радиальную нагрузку;

2) по форме тела качения – шариковые, роликовые и игольчатые;

3) по числу рядов тел качения – однорядные, двухрядные, четырехрядные и многорядные;

4) по основным конструктивным признакам:

- самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся;

- с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца;

- одинарные или двойные;

- сдвоенные, строенные, счетверенные и т.д.

Точность размеров подшипников качения

По ГОСТ 520-75 предусмотрено 5 классов точности подшипников, которые определяют точность присоединительных размеров, форму и взаимное расположение поверхностей колец подшипников и их шероховатость; точность формы и размеров тел качения в одном подшипнике и шероховатость их поверхностей. Точность изготовления и сборки определяют точность вращения, характеризуемую радиальным и осевым биением дорожек качения и торцов колец.

Классы точности имеют следующие обозначение: нормальный – 0; повышенный -6; высокий -5; прецизионный – 4; сверхпрецизионный -2.

Для большинства механизмов общего машиностроения (тракторах, автомобилях, сельскохозяйственных и гидромелиоративных машинах) применяют подшипники нормального 0 класса точности. Подшипники повышенных классов точности устанавливают на станках, авиационных двигателях, приборах. Например, подшипники 2 класса точности применяют в гироскопических приборах.

Обозначение подшипников качения

Для подшипников с внутренним диаметром от 10 мм и более, исключая подшипники с внутренним диаметром 22, 28, 32 мм, обозначения построены по одному принципу. Рассмотрим их на примере подшипника 60311.

1. Последние две цифры справа, определяют диаметр внутреннего кольца подшипника (от 20 до 495 мм включительно) и являются частными от деления значения этого диаметра на 5. Например, для подшипника 60311 имеем 11·5 = 55 мм – внутренний диаметр подшипника.

Диаметр внутреннего кольца подшипника, равный 10 мм, обозначается цифрами 00 справа, диаметр 12 мм – цифрами 01, 15 мм – цифрами 02,17 мм – цифрами 03.

2. Цифра, стоящая третья цифра справа, условно указывает серию подшипника. Например, для рассматриваемого случая на третьем месте стоит цифра 3 – средняя серия подшипника.

3. Четвертая цифра, условно обозначает тип подшипника. Существует 10 типов подшипников:

0 - шариковый радиальный;

1 - шариковый радиальный сферический;

2 – роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами;

3 - роликовый радиальный со сферическими роликами;

4 – роликовый радиальный с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами;

5 - роликовый радиальный с витыми роликами;

6 – шариковый упорный, шариковый упорно – радиальный;

7 – роликовый конический;

8 – шариковый упорный, шариковый упорно-радиальный.

9 – роликовый упорный, роликовый упорно – радиальный.

Для указанного подшипника, например, цифра 0 означает шариковый радиальный.

4. Пятая и шестая цифры справа, условно обозначают конструктивные разновидности подшипника. Например, на пятом – 6, а на шестом подразумевается 0, подшипник имеет одну защитную шайбу.

На тракторах и сельскохозяйственных машинах подшипники обозначаются числами от трехзначного до шестизначного. Согласно ГОСТ 520-75 «Подшипники шариковые и роликовые. Технические требования»), для подшипников установлены следующие классы точности (в порядке повышения точности): 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности подшипника указывают соответствующей цифрой перед условным обозначением, отделяя ее тире. Класс точности 0 в условном обозначении не указывают. Например, 60311 – подшипник класса точности 0; 6-60311-подшипник класса точности 6.

Виды нагружения колец подшипников

Различают три основных вида нагружения колец: циркуляционное, местное, колебательное. При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает результирующую нагрузку Р_П последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее также последовательно всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение имеет место при вращении кольца вместе с сопрягаемой деталью и постоянном направлении действия вращения. Примеры: Внутренние кольца с валами КПП, наружные кольца колес автомобилей и.т.д.

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению Р_П результирующую радиальную нагрузку одним и тем же ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса. Примеры: наружные кольца подшипников КПП, внутренние кольца колес автомобилей.

Колебательное нагружение колец имеет место при сочетании двух или нескольких видов нагрузок (Р_П - постоянной по направлению и Р_В – вращающейся и меньшей по величине) и предает соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса , когда результирующая сила изменяется по величине и направлению. Примером сложения двух нагрузок является сложение силы веса и неуравновешенной массы ротора.

От силы ротора внутренние кольца подшипников будут испытывать циркуляционное нагружение, а наружное – местное.

От неуравновешенной силы, которая вращается вместе с ротором, нагружение обратное: циркуляционное нагружение будет у наружных колец, а местное – у внутренних. В зависимости от соотношения сил Р_П и Р_В у колец будет преобладать циркуляционное или местное нагружение, но в общем случае нагрузка будет распределяться на определенный (значительный) участок наружного или внутреннего кольца.

В быстроходных механизмах, например, двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах, а также механизмах, имеющих большие, массивные роторы, например, молотилках сочетается несколько нагрузок, приводящих к колебательному нагружению опор.

Выбор посадок подшипников качения

Выбор посадок осуществляют в зависимости от вида нагружения колец подшипника и режима работы.

Для циркуляционно или колебательно нагруженных колец посадка должна обеспечивать неподвижное соединение с сопрягаемой деталью. Этим обеспечивается равномерный износ беговой дорожки кольца и не будет износа поверхностей в местах контакта кольца с валом или корпусом. При этом учитывается интенсивность нагрузки и условия работы подшипника. Интенсивность нагрузки определяется по формуле:

(5.1)

где R – радиальная нагрузка, кН;

В – рабочая ширина кольца подшипника, В = В_к - 2·r , мм;

В_к – конструктивная ширина подшипника, мм;

r – радиус закругления или координата фаски, мм;

К_n – динамический коэффициент посадки. При нагрузке с умеренными толчками и вибрацией, перегрузка до 150%, К_n = 1. При нагрузке с сильными ударами, перегрузка до 300% К_n = 1,8.

F – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале и тонкостенном корпусе. Для сплошного вала и массивного корпуса F =1;

F_A – коэффициент неравномерности распределения интенсивности нагрузки между рядами роликов в двухрядных подшипниках. При отсутствии осевой нагрузки F_A =1.

В зависимости от значения интенсивности нагрузки, выбирается посадка для циркуляционно нагруженного кольца. Для местно нагруженных колец посадку выбирают в зависимости от условий работы, размера подшипника.

Пример подбора посадок подшипников

Задача. Подобрать посадки колец подшипников на вал и в корпус.

Рисунок 5.1 Передающий механизм.

Исходные данные:

1. Чертеж узла, в котором используют подшипник качения - рисунок 5.1;

2. Номер подшипника - 312.

3. Значение радиальной нагрузки на опоре подшипника - 6 кН;

4. Характер нагрузки - вибрация, удары, большая перегрузка.

1. По чертежу узла (рисунок 5.1) определяем вид нагружения колец. В данном узле вращается вал, поэтому наружное кольцо испытывает местную нагрузку, а внутреннее – циркуляционную.

2. Из справочников /3,5/ выписываем основные размеры заданного подшипника:

Внутренний диаметр подшипника–d = 60 мм;

Наружный диаметр подшипника–D = 130 мм;

Ширина подшипника В_к = 31 мм;

Радиус закругления фаски r = 3.5 мм;

3. Определяем для циркуляционно нагруженного кольца (в нашем случае для внутреннего) интенсивность радиальной нагрузки по формуле (5.1):

4. Определив интенсивность для циркуляционно нагруженного кольца, по таблице 17 /1/ выбираем поле допуска для вала, сопрягаемого с этим кольцом: при Р_R=450 кН/м и d=60 мм выбираем–к6.

Рисунок 5.2 Схема расположения полей допусков сопряжений: а) «наружное кольцо – корпус» б) «внутреннее кольцо – вал».

Тогда запишем условное обозначение соединения «внутреннее кольцо–вал»:

Ø 60L0/к6.

где L0–поле допуска внутреннего кольца подшипника нулевого класса точности.

Посадку под кольцо, имеющее местный вид нагружения, выбирают из таблицы 18 /1/. Для D=130 мм–Н7, система отверстия. Условное обозначение соединения «корпус – наружное кольцо подшипника»:

Ø 130Н7/l0,

где l0 – поле допуска наружного кольца подшипника нулевого класса точности.

5. Исходя из выбранных посадок выполняем схемы полей допусков.

Содержание отчета

В отчет по проделанной работе необходимо включить:

1. Классификацию и обозначение подшипников (п. 3.3 и 3.4)

2. Расчет и подбор посадок подшипника по выданному преподавателем варианту задания.

3. Схему полей допусков выбранных посадок колец подшипника на вал и в корпус.

вопросы ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. По какому принципу построены обозначения подшипников?

2. Виды нагружения колец подшипников. Примеры.

3. Какие применяются посадки колец в зависимости от вида нагружения?