Допуски и посадки подшипников качения. Пример выбора и расчёта посадок подшипника качения Допуски радиальных подшипников наружного кольца

Посадки

Важность правильной посадки

Если подшипник качения с внутренним кольцом посажен на вал только с натягом, может возникнуть опасное кольцевое скольжение между внутренним кольцом и валом. Это скольжение внутреннего кольца, которое называется "проскальзыванием", приводит к кольцевому сдвигу кольца относительно вала, если посадка с натягом недостаточно тугая. Когда возникает проскальзывание, подогнанные поверхности становятся шероховатыми, вызывая износ и значительное повреждение вала. Ненормальный нагрев и вибрация могут также возникнуть из-за абразивных металлических частиц, проникающих внутрь подшипника.

Важно предотвратить проскальзывание, надёжно закрепив с достаточным натягом то кольцо, которое вращается, либо к валу, либо в корпусе. Проскальзывание не всегда можно устранить посредством осевого затягивания через наружную поверхность кольца подшипника. однако, как правило, нет необходимости обеспечивать натяг колец, подвергающихся только статическим нагрузкам. Посадка иногда делается без какого-либо натяга как внутреннего, так и наружного кольца, чтобы приспособиться к определённым рабочим условиям, либо чтобы способствовать установке и разборке. В этом случае для предотвращения повреждения пригоночных поверхностей вследствие проскальзывания, следует рассмотреть смазывание или другие применимые методы.

Условия нагрузки и посадки

Приложение нагрузки	Работа подшипника		Условия нагрузки	Посадка
	Внутреннее кольцо	Наружное кольцо		Внутреннее кольцо	Наружное кольцо
	Вращательная	Статическая	Вращательная нагрузка на внутреннее кольцо, статическая нагрузка на внешнее кольцо	Посадка с натягом	Свободная посадка
	Статическая	Вращательная
	Статическая	Вращательная	Вращательная нагрузка на внешнее кольцо, статическая нагрузка на внутреннее кольцо	Свободная посадка	Посадка с натягом
	Вращательная	Статическая
Направление нагрузки не определяется из-за изменения направления или несбалансированной нагрузки	Вращательная или статическая	Вращательная или статическая		Посадка с натягом	Посадка с натягом

Посадки между радиальными подшипниками и отверстиями корпуса

Условия нагрузки			Примеры	Допуски для отверстий корпусов	Осевое смещение наружного кольца	Примечания
Неразъёмные корпуса	Большие нагрузки на подшипник в тонкостенном корпусе или тяжёлые ударные нагрузки	Ступицы автомобильных колёс (роликовые подшипники), подъёмный кран, рабочие колёса	Р7	Невозможно	-
	Ступицы автомоюильных колёс (шарикоподшипники), вибрационные экраны	N7
	Лёгкие или колеблющиеся нагрузки	Конвейерные ролики, канатные шкивы, натяжные шкивы	М7
	Направление нагрузки не определено	Тяжёлые ударные нагрузки				Тяговые электродвигатели
Неразъёмные или разъёмные корпуса		Нормальные или большие нагрузки	Насосы, коленвалы, коренные подшипники, средние и большие моторы	К7	Обычно невозможно	Если не требуется осевое смещение наружного кольца
		Нормальные или лёгкие нагрузки		JS7 (J7)	Возможно	Осевое смещение наружного кольца необходимо
	Нагрузки всех видов	Общее применение подшипников, железнодорожные осевые буксы	Н7	Легко возможно	-
	Нормальные или высокие нагрузки	Корпусные подшипники	Н8
	Значительный подъём температуры внутреннего кольца в вале	Сушилки для бумаги	G7
Неразъёмные корпуса	Желательно точное функционирование при нормальных или лёгких нагрузках	Задние шарикоподшипники шлифовального шпинделя, шарнирные опоры высокоскоростного центробежного компрессора	JS6 (J6)	Возможно	Для больших нагрузок используетс более плотная посадка, чем К. Когда требуется высокая точность, для посадки следует использовать очень строгие допуски
		Направление нагрузки не определено	Передние шарикоподшипники шлифовального шпинделя, неподвижные подшипники (опоры) высокоскоростного центробежного компрессора	К6		Обычно невозможно
	Желательно точное функционирования и высокая жёсткость при колеблющихся нагрузках	Цилиндрические роликовые подшипники для шпинделя металлорежущего станка	M6 или N6	Невозможно
	Требуется минимальный уровень шума	Бытовая техника	Н6	Легко возможно	-

Примечания к таблице:

1. Настоящая таблица применима к чугунным и стальным корпусам. Для корпусов, сделанных из лёгких сплавов, посадка должна быть плотнее, чем в данной таблице.
2. Не применимо для специальных посадок.

Посадки между радиальными подшипниками и валами

Условия нагрузки		Примеры	Диаметр вала, мм			Допуск вала	Примечания
			Шарикоподшипники	Цилиндрические и конические роликовые подшипники	Сферические роликовые подшипники
РАДИАЛЬНЫЕ ПОДШИПНИКИ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ОТВЕРСТИЯМИ
Желательно лёгкое осевое смещение внутреннего кольца на валу	Колёса на статичных осях	Все диаметры валов			g6	Использование g5 и h5 там, где требуется точность. В случае крупных подшипников, можно использовать f6 для лёгкого осевого движения
Лёгкое осевое смещение внутреннего кольца на валу не требуется	Натяжные шкивы, канатные шкивы				h6
Вращательная нагрузка на внутреннее кольцо или неопределённое направление нагрузки	Электрические бытовые приборы, насосы, вентиляторы, транспотные средства, прецизионные станки, металлорежущие станки	<18	-	-	js5	-
		18-100	<40	-	js6 (j6)
		100-200	40-140	-	k6
		-	140-200	-	m6
	Нормальные нагрузки	Общее применение подшипников, средние и крупные моторы, турбины, насосы, коренные подшипники двигателя, редукторы, деревообрабатывающие станки	<18	-	-	js5 (j5-6)	k5 и m6 можно использовать для однорядных конических роликовых подшипников и однорядных радиально-упорных подшипников вместо k5 и m5
			18-100	<40	<40	k5-6
			100-140	40-100	40-65	m5-6
			140-200	100-140	65-100	m6
			200-280	140-200	100-140	n6
			-	200-400	140-280	p6
			-	-	280-500	r6
			-	-	свыше 500	r7
	Высокие нагрузки или ударные нагрузки	Железнодорожные осевые втулки, промвшленные транспортные средства, тяговые электродвигатели, сооружения, оборудование, дробильные установки	-	50-140	50-100	n6	Внутренний зазор подшипника должен быть больше, чем CN
			-	140-200	100-140	p6
			-	свыше 200	140-200	r6
			-	-	200-500	r7
Только осевые нагрузки			Все диаметры вала			js6 (j6)	-
РАДИАЛЬНЫЕ ПОДШИПНИКИ С КОНИЧЕСКИМИ ОТВЕРСТИЯМИ И ВТУЛКАМИ
Все виды нагрузок		Общее применение подшипников, железнодорожные буксовые узлы	Все диаметры валов			H9/IT5	IT5 и IT7 означают, что отклонение вала от его истинной геометрической формы, например, круглой или цилиндрической, должно быть в пределах допусков IT5 и IT7 соответственно
		Трансмиссионные валы, шпиндели деревообрабатывающего оборудования				H10/IT7

Примечание: Данная таблица применима только к валам из твёрдой стали.

Рассматриваемый узел редуктора (рис. 15) имеет вал, опорами которого являются два шариковых подшипника с диаметром отверстия 30 мм. Учитывая, что требования к точности вращения вала специально не оговорены, а также то, что данный редуктор не относится к высокоскоростным, принимаем нормальный класс точности подшипников (условное обозначение подшипника 306).

Рис. 15. Фрагмент редуктора

Данный подшипник относится к шариковым радиальным однорядным открытым, серия диаметров средняя (3), серия ширин – узкая. Основные размеры подшипника:

· номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца под-шипника d = 30 мм;

· номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D = 72 мм;

· номинальная ширина подшипника B = 19 мм;

· номинальная высота монтажной фаски r = 2 мм.

Определяем виды нагружения колец подшипника (местное, циркуляционное, колебательное). Так как передача крутящего момента осуществляется цилиндрическими зубчатыми колёсами, то в зубчатом зацеплении действует радиальная нагрузка, постоянная по направлению и по значению. Вал вращается, а корпус неподвижен, следовательно, внутреннее кольцо испытывает циркуляционное нагружение, а наружное кольцо – местное. Примем легкий режим работы подшипникового узла. ГОСТ 3325 для такого случая рекомендует поля допусков цапфы вала, сопрягаемой с кольцом подшипника качения, k 6 или j s 6. Выбираем поле k 6, которое обеспечивает посадку с натягом (см. рис. 11). Так же на основании рекомендаций стандарта выбираем поле допуска отверстия корпуса Н7 . Предельные отклонения средних диаметров колец подшипника качения определяем по ГОСТ 520, предельные отклонения вала Ø30k 6 и отверстия корпуса Ø72Н 7 – по ГОСТ 25347-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки» и расчеты сводим в таблицы (табл. 16 и 17).

Таблица 16

Предельные размеры колец подшипников качения

Строим схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей подшипникового узла и рассчитываем зазоры (натяги).

По d m :

N max = d max – d m min = 30,015 – 29,990 = 0,025 мм = 25 мкм;

N min = d min – d m max = 30,002 – 30,000 = 0,002 мм = 2 мкм;

N cp = (N max + N min)/2 = (25 + 2)/2 = 13,5 мкм.

Рис. 16. Схема расположения полей допусков сопряжения Ø30L 0/k 6

По D m :

S max = D max – D m min = 72,030 – 71,987 = 0,043 мм = 43 мкм;

S min = D min – D m max = 72,000 – 72,000 = 0,000 мм;

S cp = (S max + S min)/2 = (43 + 0)/2 = 21,5 мкм;

T S = IT Dm + IT D = 30 + 13 = 43 мкм.

Производим проверку наличия в подшипнике качения радиального зазора, который уменьшается по причине натяга при посадке подшипника на вал. В расчетах принимаем среднее значение натяга и среднее значение зазора в подшипнике как наиболее вероятные:

N cp = 13,5 мкм;

N эф = 0,85·13,5 = 11,5 мкм = 0,0115 мм;

d 0 = d m + (D m – d m)/ 4 = 30,000 + (72,000 – 30,000)/4 = 40,5 мм;

Δd 1 = N эф ·d m / d 0 = 0,0115·30/40,5 = 0,0085 мм = 8,5 мкм.

Рис. 17. Схема расположения полей допусков сопряженияØ72Н 7/l 0

По ГОСТ 24810 определяем предельные значения теоретических зазоров в подшипнике 306 до сборки:

G r min = 5 мкм;

G r mах = 20 мкм.

Средний зазор в подшипнике 306 определяется как полусумма предельных теоретических зазоров:

G r cp = (G r min + G r m ах)/2 = (5 + 20)/2 = 12,5мкм.

G пос = G r cp – Δd 1 = 12,5 – 8,5 = 4 мкм.

Расчёт показывает, что при назначении посадки Ø30L0/k6 по внутреннему диаметру зазор в подшипнике качения после посадки будет положительным.

На чертежах общего вида выбранные посадки подшипника качения обозначаются:

· на вал – Ø30L 0/k 6, где L 0 – поле допуска внутреннего кольца подшипника нормального класса точности; k 6 – поле допуска вала.

· в корпус – Ø72Н 7/l 0, где Н 7 – поле допуска отверстия корпуса; l 0 – поле допуска наружного кольца подшипника нормального класса точности.

По ГОСТ 20226-82 «Подшипники качения. Заплечики для установки подшипников качения. Размеры» определяем диаметры заплечиков вала и корпуса.

Для диаметра вала d = 30 мм шариковых подшипников наименьший и наибольший диаметры заплечика соответственно равны = 36 мм и = 39 мм. Выбираем диаметр заплечика = 36 мм как предпочтительный размер из ряда Ra 20.

Для внутреннего диаметра корпуса D = 72 мм шариковых подшипников диаметр заплечика равен D a = 65 мм.

Шероховатость посадочных поверхностей, сопрягаемых с кольцами подшипника деталей, зависит от диаметра и класса точности подшипника. Наибольшие значения параметров Rа для посадочных поверхностей валов, отверстий и торцов заплечиков валов и корпусов представлены в табл. 18.

Таблица18

Значения параметров шероховатости Rа

для посадочных поверхностей, сопрягаемых с подшипниками

По ГОСТ 3325, табл. 3, выбираем требования к шероховатости (можно также использовать табл. 18 данного издания):

· посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Rа 1,25;

· посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Rа 1,25;

· торцовой поверхности заплечика вала Rа 2,5.

Исходя из рекомендаций, приведенных в п. 2.2.7, назначаем более жесткие требования к шероховатости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника Rа 0,32, посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника Rа 0,32, торцевой поверхности заплечика вала Rа 1,25.

В ГОСТ 3325 также нормированы требования к форме посадочных поверхностей вала и корпуса, сопрягаемых с кольцами подшипника, и к торцовому биению заплечиков валов и отверстий корпусов.

Из табл. 4 ГОСТ 3325 выбираем значения:

· допуска круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;

· допуска профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника 3,5 мкм;

· допуска круглости посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 7,5 мкм;

· допуска профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника 7,5 мкм.

Следует отметить, что ограничения, наложенные стандартом на форму поверхностей, сопрягаемых с подшипниками, могут не совпадать со стандартными допусками формы по ГОСТ 24643-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения». Однако можно согласовать эти требования за счет ужесточения «расчетных» допусков до ближайших стандартных значений, установленных в общетехнических стандартах. Исходя из этого назначаем допуск круглости посадочной поверхности вала под кольцо подшипника равным 3 мкм и допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности вала под кольцо подшипника равным 3 мкм, допуск кругло-сти посадочной поверхности корпуса под кольцо подшип-ника равным 6 мкм и допуск профиля продольного сечения посадочной поверхности корпуса под кольцо подшипника равным 6 мкм.

Стандарт нормирует также торцовое биение заплечиков валов и отверстий корпусов. Из табл. 5 ГОСТ 3325 выбираем значения:

· допуска торцового биения заплечика вала 21 мкм;

· допуска торцового биения заплечика корпуса 30 мкм.

Допуск торцового биения заплечика вала можно округлить до значения 20 мкм.

Суммарное допустимое отклонение от соосности, вызванное неблагоприятным сочетанием всех видов погрешностей обработки, сборки и деформации подшипников посадочных поверхностей вала и корпуса под действием нагрузок, оценивается допустимым углом взаимного перекоса θ max между осями внутреннего и наружного колец подшипников качения, смонтированных в подшипниковых узлах. В прил. 7 ГОСТ 3325 приведены числовые значения допусков соосности посадочных поверхностей для валов и для корпусов в подшипниковых узлах различных типов при длине посадочного места В 1 = 10 мм (в диаметральном выражении). При другой длине посадоч-ного места B 2 для получения соответствующих допусков соосности табличные значения следует умножить на B 2 /10. Под-шипник 306 имеет ширину B 2 = 19 мм и относится к группе радиальных однорядных шариковых. Примем нормальный ряд зазоров. Тогда допуск соосности поверхностей вала составит Т соосн = 4·В 2 /10 = 4·19/10 = 7,6 мкм; ужесточаем рассчитанный допуск по ГОСТ 24643 и принимаем Т соосн = 6 мкм. Соответственно для поверхностей корпуса Т соосн = 8·B 2 /10 =
= 15,2 мкм; ужесточаем до значения Т соосн = 12 мкм.

Допуски соосности можно заменить допусками радиального биения тех же поверхностей относительно их общей оси с учетом того, что на те же поверхности обязательно задаются допуски цилиндричности, которые вместе с допусками радиального биения ограничивают такие же отклонения, какие ограничивают допуски соосности.

Рис. 19. Пример обозначения точностных требований

к поверхностям отверстий корпуса, сопрягаемым с подшипником качения

Подшипники качения обладают полной взаимозаменяемостью. Присоединительными размерами подшипника качения являются наружный диаметр D , внутренний диаметр d и ширина кольца B . Допуски на изготовление посадочных поверхностей подшипника не совпадают с допусками по квалитетам, установленными для гладких и цилиндрических поверхностей. Для подшипников качения стандартом (ГОСТ 520-71) предусмотрены 5 классов точности (Р0, Р6, Р5, Р4, Р2). Класс точности указывается перед номером подшипника, при этом буква «Р» может опускаться (Р4-205 или 4-205), а нулевой класс (подшипники общего назначения) может не ставиться.

На рис. П1.5 представлены схемы расположения полей допусков посадочных диаметров колец подшипника и поля допусков сопрягаемых с ними поверхностей для подшипника класса точности Р0 в соответствие с данными табл. П1.8.

Таблица П1.8 Поля допусков посадочных поверхностей, сопрягаемых с подшипниками качения по ГОСТ 3325 Класс точности подшипника Поля допусков посадочных поверхностей отверстий корпусов для посадок валов для посадок с зазором переход-ных с натягом с зазором переход-ных с натягом 0 и 6 (E9), E8, G7, (H9), H8, H7 J s 7, (J7), K7, M7, N7 P7 (e9), e8, f8, f9, f7, f6 h11, (h10), h9, h8, h7, h6, j s 6, (j6), g6 r7, r6, p6, n6, m6, k6 5 и 4 G6, H6 J s 6, (J6), K6, M6 P6, N6 g5 j s 5, (j5), h5 p5, n5, m5, k5

Стандартом установлены следующие обозначения полей допусков по классам точности подшипников: для внутренних колец (отверстия) L0 , L6 , L5 , L4 , L2 ; для наружных колец (валы) l0 , l6 , l5 , l4 , l2 (рис. П1.5).При этом допуски на отверстия внутренних колец перевернуты относительно нулевой линии , то есть поле допуска расположено не в тело кольца, как это принято для рядовых деталей, а из тела. В следствие перевернутости поля допуска L все посадки внутреннего кольца сдвигаются в сторону больших натягов - переходные посадки n , m и k становятся посадками с натягом, причем величина натяга в таких посадках несколько меньше по сравнению с нормальными посадками с натягом (от p до zc ), а посадки с зазором h переходят в группу переходных посадок (рис. П1.5).

Режим работы подшипника определяется по отношению динамической эквивалентной нагрузки P к динамической грузоподъемности C : нормальный режим -0,07< P/C £ 0,15 ; легкий режим - P/C £ 0,07 ; тяжелый режим - P/C > 0,15 .

Таблица П1.9

Режим работы	Рекомендуемые посадки	Примеры применения
Внутреннее кольцо на оси
Легкий	L0/g6; L6/g6	Ролики конвейеров
Нормальный или тяжелый	L0/f7; L0/g6; L0/h6; L6/f7; L6/g6; L6/h6	Колеса автомобилей, тракторов и самолетов
L0/h6; L6/h6	Ролики конвейеров, блоки грузоподъемных машин
Наружное кольцо в корпусе
Легкий	J s 7/l0; H7/l0; J s 7/l6; H7/l6 J s 6/l5; H6/l5; J s 6/l4; H6/l4; J s 5/l2;H5/l2	Быстроходные электродвигатели, бытовая техника
Нормальный	M7/l0; K7/l0; J s 7/l0; M7/l6; K7/l6; J s 7/l6	Коробки передач, задние мосты автомобилей, узлы на конических роликовых подшипниках
J s 7/l0; J s 7/l6; J s 6/l5; J s 6/l4	Электродвигатели, шпиндели станков, узлы с радиально-упорными подшипниками
K6/l5; J s 6/l5; K6/l4; J s 6/l4; K5/l2; J s 5/l2;	Коленвалы двигателей, шпиндели шлифовальных станков
H8/l0; H8/l6
Тяжелый	H7/l0; J7/l0; H7/l6; J7/l6	Узлы общего машиностроения , редукторы, тяговые электродвигатели , сельхозмашины
H9/l0; H8/l0; H9/l6; H8/l6; H6/l5; H6/l4	Узлы с упорными подшипниками без радиальной нагрузки	на шариках
G7/l0; G7/l6; G6/l5; G6/l4	на роликах

На сборочных чертежах подшипниковых узлов посадку подшипника обозначают в виде дроби после номинального размера посадочного диаметра. Например, посадка с зазором наружного кольца подшипника диаметром 160 мм в корпус: Æ 160 H7/l0 (допускается Æ 160 H7-l0 ); переходная посадка внутреннего кольца подшипника диаметром 90 мм на вал: Æ 90 L0/j s 6 (допускается Æ 90 L0-j s 6 ).

Диаметры отверстий подшипников, мм	Рекомендуемые посадки	Примеры применения
шариковых	роликовых
Легкий или нормальный режим работы
до 50	L5/j s 5; L5/h5; L4/j s 5; L4/h5; L2/j s 4; L2/h4; L2/j s 3; L2/h3;	Гидромоторы , малогабаритные электромашины, электрошпиндели, турбохолодильники
до 40	L0/k6; L0/j s 6; L6/k6; L6/j s 6; L5/j s 5; L4/j s 5; L2/j s 4;	Сельхозмашины, турбокомпрессоры, газотурбинные двигатели, электромоторы, редукторы, коробки передач колесных и гусеничных машин, центрифуги, вентиляторы
до 100	L0/k6; L0/j s 6; L6/k6; L6/j s 6; L5/k5; L4/k5; L2/k4;
до 250	L0/m6; L6/m6
Нормальный или тяжелый режим работы
до 100	до 40	L0/k6; L0/j s 6; L6/k6; L6/j s 6; L5/k5; L4/k5; L2/k4	Электродвигатели (до 100 кВт), турбины, кривошипно-ползунные механизмы, шпиндели станков, крупные редукторы
свыше 100	до 100	L0/m6; L6/m6; L5/m5; L4/m5; L2/m4
--	до 250	L0/p6; L0/n6; L6/p6; L6/n6; L5/n5; L4/n5; L2/n4
--	Св. 50 до 140	L0/n6; L0/m6; L6/n6; L6/m6	Буксы тепловозов, трамваев и электровозов, коленвалы двигателей, крупные электродвигатели, экскаваторы, дорожные машины
--	Св. 140 до 200	L0/p6; L6/p6
--	Св. 200 до 250	L0/r7; L0/r6; L6/r7; L6/r6

Таблица П1.11

Посадочные поверхности под установку подшипников должны иметь качественную обработку поверхности во избежание смятия и среза местных выступов (шероховатостей) при запрессовке и эксплуатации подшипников. При установке подшипников весьма желательно применение тепловой сборки (нагрев подшипника в масляной ванне с одновременным охлаждением вала твердой углекислотой или жидким азотом). Применяемая обычно в ремонтном производстве силовая сборка резко снижает срок жизни подшипника из-за взаимного перекоса колец после сборки. Перед установкой подшипников посадочные поверхности необходимо смазать жидкой или консистентной смазкой.

Подшипник качения представляет собой сложный узел. В общем случае он состоит из наружного и внутреннего колец, тел качения и сепаратора. Телами качения являются шарики, ролики или иглы в игольчатых подшипниках. Подшипники качения обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям, что обеспечивает возможность их замены при износе. Кольца подшипников и тела качения обладают неполной взаимозаменяемостью, гак как их собирают методом селективной подборки.

Основными присоединительными поверхностями подшипников качения являются:

• 1) отверстие во внутреннем кольце радиальных и радиально-упорных подшипников или тутом кольце упорных подшипников;
• 2) наружная поверхность наружного кольца в радиальных и радиально-упорных подшипниках или свободном кольце упорных подшипников.

В связи с этим различают посадки внутреннего кольца на вал и наружного кольца в корпус. Требуемый характер соединения обеспечивается выбором соответствующего поля допуска вала или отверстия корпуса при неизменных полях допусков колец подшипника.

Стандартизация посадок подшипников сводится к установлению предельных отклонений посадочных поверхностей колец подшипников, рядов полей допусков для валов и отверстий корпусов, соединяемых с подшипниками.

Точность подшипников качения определяется отклонениями, установленными на геометрические и кинематические параметры, к которым относятся: ширина внутреннего и наружного колец (В); ширина наружного кольца, если внутреннее имеет иную ширину (С); номинальные диаметры отверстия внутреннего кольца и посадочной поверхности наружного кольца (а1. О); средние диаметры отверстия внутреннего и наружного колец (

где и с!^ Отт - наибольшие и наименьшие диаметры посадочных поверхностей колец подшипника; радиальное биение дорожки качения внутреннего кольца относительно его отверстия радиальное биение дорожки качения наружного кольца относительно его наружной цилиндрической поверхности (Д"); монтажная высота однорядного конического роликового подшипника (Г); непостоянство ширины кольца (1/р).

Классы точности

В зависимости от точности перечисленных выше параметров установлены следующие пять классов точности, обозначаемых (в порядке возрастания точности) 0; 6; 5; 4; 2. Каждому классу точности соответствует свой допуск. Классы точности подшипника выбираются исходя из требований, предъявляемых к точности вращения и условиям работы соединения.

В механизмах, когда требования к точности вращения специально не оговорены, применяют подшипники классов точности 0 и 6. Подшипники классов 5 и 4 применяют при большой частоте вращения и повышенных требованиях к точности вращения (например, шпиндели точных станков). Подшипники класса точности 2 используют в специальных случаях (точные приборы, высокоскоростные подшипниковые узлы).

Подшипники имеют условные обозначения, состоящие из цифр и букв.

Две первые цифры, считая справа, обозначают для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм внутренний диаметр подшипников, деленный на 5. Третья цифра справа совместно с седьмой обозначают серию подшипников всех диаметров, кроме малых (до 9 мм). Основная из особо легких серий обозначается цифрой I; легкая - 2; средняя - 3; тяжелая - 4; легкая широкая - 5; средняя широкая - 6 и т. д.

Четвертая справа цифра обозначает тип подшипника: 0 - радиальный шариковый однорядный; I - радиальный шариковый двухрядный сферический; 2 - радиальный с короткими цилиндрическими роликами; 3 - радиальный роликовый двухрядный сферический; 4- роликовый с длинными цилиндрическими роликами или иглами; 5 - роликовый с витыми роликами; 6 - радиально-упорный шариковый; 7 - роликовый конический; 8 - упорный шариковый; 9 - упорный роликовый.

Пятая или пятая и шестая справа цифры вводятся не для всех подшипников и обозначают их конструктивные особенности. Например, наличие встроенных уплотнений, наличие стопорной канавки, утла контакта шариков в радиально-упорных подшипниках и т. п.

Цифры 6; 5; 4 и 2, стоящие через тире (разделительный знак) перед условным обозначением подшипника, обозначают его класс точности. Класс 0 не указывается.

Например: 5-210. Цифры (две первые справа) 10 обозначают внутренний диаметр подшипника, который равен 10-5 = 50 мм, цифра 2 (третья справа) обозначает серию. В данном случае - легкая серия. Подшипник радиальный шариковый однорядный, так как отсутствуют четвертая, пятая и шестая цифры (см. сноску). Класс точности подшипника - 5.

Для сокращения номенклатуры подшипники изготавливают с отклонениями размеров внутреннего и наружного диаметров, не зависящими от посадки, по которой их будут монтировать. Наружное кольцо диаметром О принято за основной вал, а внутреннее кольцо диаметром й - за основное отверстие. Таким образом, посадки наружного кольца с корпусом осуществляются по системе вала, а посадки внутреннего кольца с валом - по системе отверстия. При этом поле допуска внутреннего кольца расположено в "минус" от номинального размера (вниз от нулевой линии), а не в "па/ос", как у обычного основного отверстия (рис. 5.24).

В этой связи при выборе посадок на вал необходимо иметь в виду, что характер соединения внутреннее кольцо-вал получается с небольшим гарантированным натягом. Характер соединений наружное кольцо-корпус такой же, как в обычных соединениях по системе вала при одинаковой точности изготовления.

ГОСТ 3325-85 устанавливает следующие обозначения полей допусков на посадочные размеры колец подшипников по классам точности (рис. 5.25):

• - для среднего внутреннего диаметра подшипников Ьй^ ¿0, ¿6, ¿5, ¿4, 12;
• - для среднего наружного диаметра подшипников /Д," /0, /6, /5, /4, /2, где Ьйтъ Ют - общее обозначение поля допуска соответственно на средний внутренний йт и средний наружный От диа-

Рис. 5.24.

Рис. 5.25.

метры подшипника; Ьу I- обозначение основного отклонения соответственно среднего внутреннего и среднего наружного диаметров подшипника.

Поля допусков Ьйт и Ют посадочных размеров подшипника расположены одинаково в "минус" от линии их номинальных средних размеров От и

Значения допусков на посадочные размеры подшипника класса точности 0 соответствуют примерно 5-6-му квалитетам, а для подшипников класса точности 2 - 2-3-му квалитетам.

Для обеспечения высокого качества подшипников овальность и средняя конусообразность отверстия и наружной цилиндрической поверхности колец шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников классов точности 5, 4, 2 не должны превышать 0,5 допуска на диаметры (1т, От. Допускаемая овальность посадочных поверхностей колец подшипника в свободном состоянии может быть больше 0,5 допуска на диаметр, но при сборке подшипника и его монтаже кольца выправляются (овальность устраняется). Вследствие овальности, конусообразное™ и других отклонений при измерении подшипников могут быть получены различные значения диаметров их колец в разных сечениях. В связи с этим установлены предельные отклонения номинального (а". О) и среднего (4, А,) диаметров колец.

К шероховатости посадочных и торцевых поверхностей колец подшипников, а также валов и корпусов предъявляют повышенные требования. Особо большое значение имеет шероховатость поверхности дорожек и тел качения. Например, уменьшение шероховатости от Яа = 0,63-0,32 мкм до Яа = 0,16-0,08 мкм повышает ресурс подшипников более чем в 2 раза, а дальнейшее уменьшение шероховатости до Яа = 0,08-0,04 мкм - еще на 40% . Допуск круглости для подшипников класс точности 0 и 6 допускается в пределах половины допуска на диаметр в любом сечении посадочной поверхности, а для класса 5 и 4 - четверть допуска. Допуск цилиндричности допускается в пределах половины допуска на диаметр посадочной поверхности на длине этой поверхности для 0 и 6 класса и четверти допуска на диаметр в любом сечении посадочной поверхности для 4 и 2 классов точности.

Пример назначения и написания посадок колец подшипника 6-308 при условии, что вращается и испытывает циркуляционное нагружение наружное кольцо, приведен на рис. 5.26, а; схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей и средневероятные параметры в посадках - на рис 5.26, и .

Рис. 5.26.

а - вращается и испытывает циркуляционное нагружение наружное кольцо; б схемы расположения полей допусков и средневероятные параметры в посадках

Выбор правильной посадки, обеспечение требуемой чистоты и значения допусков размеров поверхностей под подшипники является ключевым фактором, обеспечивающим долговечность, надежность механизмов.

Правильная посадка – важнейшее условие работоспособности подшипников.

Исходя из особенностей работы подшипника, кольцо, которое вращается должно закрепляться на опорной поверхности неподвижно, с натягом, а неподвижное кольцо садиться в отверстие с минимальным зазором, относительно свободно.

Установка с натягом вращающегося кольца не дает ему проворачиваться, что могло бы привести к износу опорной поверхности, контактной коррозии, разбалансировке подшипников, развальцовке опоры, чрезмерному нагреву. Так, в основном, выполняется посадка подшипника на вал, который работает под нагрузкой.

Для неподвижного кольца небольшой зазор даже полезен, а возможность проворота не чаще одного раза за сутки делает износ опорной поверхности более равномерным, минимизирует его.

Основные термины

Рассмотрим подробнее основные термины и понятия, определяющие посадки подшипников. Современное машиностроение основано на принципе взаимозаменяемости. Любая деталь, изготовленная по одному чертежу должна устанавливаться в механизм, выполнять свои функции, быть взаимозаменяемой.

Для этого чертеж определяет не только размеры, но и максимальные, минимальные отклонения от них, то есть допуски. Значения допусков стандартизованы единой системой для допусков, посадок ЕСДП, разбиты по степеням точности (квалитетам), приводятся в таблицах.

Их также можно найти в первом томе Справочника конструктора-машиностроителя Анурьева, и ГОСТах 25346-89, а также 25347-82 или 25348-82.

Согласно ГОСТ 25346-89 определены 20 квалитетов точности, но в машиностроении обычно используются с 6 по16. Причем, чем ниже номер квалитета, тем выше точность. Для посадок шарико и роликоподшипников актуальны 6,7, реже 8 квалитеты.

В пределах одного квалитета размер допуска одинаков. Но верхнее и нижнее отклонение размера от номинала расположены по-разному и их сочетания на валах и отверстиях образуют различные посадки.

Существуют посадки обеспечивающие гарантию зазора, натяга и переходные, реализующие как минимальный зазор, так и минимальный натяг. Посадки обозначают латинскими строчными буквами для валов, большими для отверстий и цифрой, указывающей на квалитет, то есть степень точности. Обозначения посадок:

• с зазором a, b, c, d, e, f, g, h;
• переходных js, k, m, n;
• с натягом p, r, s, t, u, x, z.

По системе отверстия для всех квалитетов оно имеет допуск H, а характер посадки определяется допуском вала. Такое решение позволяет уменьшить количество необходимых контрольных калибров, инструмента режущего и является приоритетным. Но в отдельных случая используется система вала, в которой валы имеют допуск h, а посадка достигается обработкой отверстия. И именно таким случаем является вращение наружного кольца шарикоподшипника. Примером подобной конструкции могут служить ролики или барабаны натяжные конвейеров ленточных.

Выбор посадки подшипников качения

Среди основных параметров определяющих посадки подшипников:

• характер, направление, величина нагрузки, воздействующей на подшипник;
• точность подшипника;
• скорость вращения;
• вращение или неподвижность соответствующего кольца.

Ключевое условие, определяющее посадку – неподвижность либо вращение кольца. Для неподвижного кольца подбирается посадка с малым зазором и постепенное медленное проворачивание считается положительным фактором, уменьшающим общий износ, препятствующим местному износу. Вращающееся кольцо обязательно сажают с надежным натягом, исключающим проворот по отношению к посадочной поверхности.

Следующим важным фактором, которому должна соответствовать посадка под подшипник на валу или в отверстии, является вид нагружения. Различают три ключевых типа нагружения:

• циркуляционное при вращении кольца относительно постоянно действующей в одном направлении радиальной нагрузки;
• местное для неподвижного кольца относительно радиального нагружения;
• колебательное при радиальной нагрузке колеблющейся относительно положения кольца.

Согласно степени точности подшипников в порядке их увеличения соответствуют пяти классам 0,6,5,4,2. Для машиностроения при нагрузках невысокой и средней величины, например для редукторов, обычным является класс 0, который не указывается в обозначении подшипников. При более высоких требованиях к точности используется шестой класс. На повышенных скоростях 5,4 и только в исключительных случаях второй. Пример шестого класса 6-205.

В процессе реального проектирования машин посадка подшипника на вал и в корпус выбирается в соответствие с условиями работы по специальным таблицам. Они приведены в томе втором Справочника конструктора-машиностроителя Василия Ивановича Анурьева.

Для местного типа нагрузки таблица предлагает следующие посадки.

При условиях циркуляционного нагружения, когда радиальное усилие воздействует на всю дорожку качения, учитывают интенсивность нагружения:

Pr=(k1xk2xk3xFr)/B , где:
k1 – коэффициент перегрузки динамической;
k2 – коэффициент ослабления для полого вала или корпуса тонкостенного;
k3 – коэффициент, определяемый воздействием осевых усилий;
Fr – усилие радиальное.

Значение коэффициента k1 при перегрузках менее, чем в полтора раза, небольшой вибрации и толчках принимают равным 1, а при возможной перегрузке от полутора до трех раз, сильных вибрациях, ударах k1=1,8.

Значения k2 и k3 подбираются по таблице. Причем для k3 учитывают соотношение осевой нагрузки к радиальной, выраженное параметром Fc/Fr x ctgβ.

Соответствующие коэффициентам и параметру интенсивности нагружения посадки подшипников приведены в таблице.

Обработка посадочных мест и обозначение посадок под подшипники на чертежах.

Посадочное место под подшипник на валу и в корпусе должно иметь заходные фаски. Шероховатость посадочного места составляет:

• для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
• для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5 Ra=0,63 а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25;
• для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
• для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5,4 Ra=0,63, а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25.

На чертеже также указывают отклонение формы места посадки подшипников, торцовое биение заплечиков для их упора.

Пример чертежа, в котором указана посадка подшипника на валу Ф 50 к6 и отклонения формы.

Значения отклонений формы принимаются по таблице в зависимости от диаметра, который имеет посадка подшипника на валу либо в корпусе, точности подшипника.

На чертежах указывают диаметр вала и корпуса под посадку, например, Ф20к6, Ф52Н7. На сборочных чертежах можно просто указывать размер с допуском в буквенном обозначении, но на чертежах деталей желательно кроме буквенного обозначения допуска приводить и его численное выражение для удобства рабочих. Размеры на чертежах указываются в миллиметрах, а величина допуска в микрометрах.