Расчёт и выбор посадок для соединений с подшипником качения

Подшипники, являясь опорами для подвижных частей, определяют их положение в механизме и несут значительные нагрузки. Подшипники качения имеют следующие основные преимущества по сравнению с подшипниками скольжения:

• обеспечивают более точное центрирование вала;

• имеют более низкий коэффициент трения;

• имеют небольшие осевые размеры.

К недостаткам подшипников качения можно отнести:

• повышенную чувствительность к неточностям монтажа и установки;

• жесткость работы, отсутствие демпфирования колебаний нагрузки;

• относительно большие радиальные размеры.

Классы точности подшипников качения.

Долговечность подшипников качения определяется величиной и характером нагрузки, точностью изготовления, правильной посадкой на вал и в отверстие корпуса, качеством монтажа.

В зависимости от точности изготовления и сборки для различных типов подшипников установлены следующие классы точности ( таблица4).

Т а б л и ц а 4 - Классы точности подшипников качения

Классы точности определяют:

• допуски размеров, формы и взаимного положения элементов деталей подшипника качения (дорожек качения, тел качения и т. д.);

• допуски размеров и формы посадочных поверхностей наружного и внутреннего колец под­шипника качения;

•допустимые значения параметров, характеризующих точность вращения подшипников.

Дополнительные технические требования к подшипникам качения устанавливаются тремя кате­гориями: А, B, С.

В таблице 5 указаны категории и классы точности подшипников, для которых они предусмотре­ны, и те дополнительные технические требования, которые они устанавливают.

Обозначение подшипников категорий Аи В: А125-205,где А — категория; 1 — ряд момента трения; 2 — группа радиального зазора; 5 — класс точности; 205— номер подшипника.

Обозначение подшипников категории С (в обозначении категорию Сне указывают): 6-205,где 6— класс точности; 205— номер подшипника.

205,где 205 — номер подшипника; 0 — класс точности (в обозначении 0 класс не указывают).

Т а б л и ц а 5 - Категории и классы точности подшипников качения

Назначение полей допусков для вала и отверстия корпуса при установке подшипников качения

Поля допусков для внутреннего и наружного колец подшипника качения расположены одинаково относительно нулевой линии, верхнее отклонение равно 0, нижнее — от­рицательное.

Валы с полями допусков r6,р6, n6, m6, к6при сопряжении с внутренним кольцом подшипника обеспечивают посадки с натягом.

Вследствие повышенных требований к форме посадочных поверхностей подшипников стандартом устанавливаются следующие поля допусков:

1. Поля допусков на средние диаметры D_m и d_m, которые ограничивают значения средних диаметров колец, равных

D_m = (D_max + D_min)/2 и

d_m = (d_max + d_min)/2,

где D_max, D_min, d_max, d_min выбираются из ряда измерений в разных сечениях соответственно наружного и внутреннего диамет­ров. Обозначаются поля допусков, например, у подшипников нулевого класса — l 0для наружного кольца и L0— для отверстия внутреннего кольца.

2. Поля допусков для ограничения самих D_max, D_min, d_max, d_min, значения которых больше на вели­чину допустимой погрешности формы.

При выборе полей допусков на вал и отверстие под внутреннее и наружное кольца подшипника необходимо учитывать следующее:

• класс точности подшипника качения;

• вид нагружения колец подшипника;

• тип подшипника;

• режим работы подшипника;

• геометрические размеры подшипника.

Влияние класса точности подшипника качения на выбор посадок

Для подшипников классов точности 0и 6реко­мендуемый набор полей допусков посадочных поверхностей одинаков. Для более высоких классов точности подшипников качения набор полей допусков посадочных поверхностей несколько изменя­ется, в частности, применяются поля допусков более точных квалитетов.

Влияние вида нагружения колец подшипника на выбор посадок

Вид нагружения кольца подшипника качения существенно влияет на выбор его посадки. Рассмот­рим типовые схемы механизмов и особенности работы подшипников в них.

Первая типовая схема. Внутренние кольца подшипников вращаются вместе с валом, наружные кольца, установленные в корпусе, неподвижны. Радиальная нагрузка Рпостоянна по ве­личине и не меняет своего положения относительно корпуса. В этом случае внутреннее кольцо воспринимает радиальную нагрузку Р последовательно всей окружностью дорожки качения, такой вид нагружения кольца называется циркуляционным. Наружное кольцо подшипника воспринимает радиальную нагрузку лишь ограниченным участком окружности дорожки качения, такой характер нагружения кольца называется местным.

Дорожки качения внутренних колец подшипников изнашиваются равномерно, а наружных — только на ограниченном участке.

При назначении посадок подшипников качения существует правило: кольца, имеющие местное нагружение, устанавливаются с возможностью их проворота с целью более равномерного износа дорожек качения; при циркуляционном нагружении, напротив, кольца сажают по более плотным посадкам. Рекомендуемые посадки для подшипников классов точности 0и 6приведены в таблице 4.39 и 4.94, стр. 289-296(6).

Вторая типовая схема. Наружные кольца подшипников вращаются вместе с зубча­тым колесом. Внутренние кольца подшипников, посаженные на ось, остаются неподвижными отно­сительно корпуса. Радиальная нагрузка Р постоянна по величине и не меняет своего положения относительно корпуса.

В этом случае наружное кольцо воспринимает радиальную нагрузку Р последовательно всей окружностью дорожки качения, то есть имеет циркуляционное нагружение. Внутреннее кольцо подшип­ника воспринимает радиальную нагрузку лишь ограниченным участком окружности дорожки каче­ния, т. е. имеет местное нагружение. Рекомендуемые посадки для подшипников 0 и 6 классов точности приведены в таблице 4.39 и 4.94, стр. 289-296.

Третья типовая схема. Внутренние кольца подшипников вращаются вместе с валом, наружные кольца, установленные в корпусе, неподвижны. На кольца действуют две радиальные нагрузки, одна постоянна по величине и по направлению Р, другая, центробежная Р_ц, вращающаяся вместе с валом.

Равнодействующая сил Р и Р_ц совершает периодическое колебательное движение, симметрич­ное относительно направления действия силы Р. Нагружение наружного кольца подшипника на ограниченном участке дорожки качения способствует ее смещению справа налево и изменению по величине, такой ре­жим нагружения кольца называется колебательным.

Внутреннее кольцо воспринимает суммарную радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения, то есть имеет циркуляционное нагружение.

Рекомендуемые посадки приведены в таблице 4.39 и 4.94, стр. 289-296(6).

Влияние типа подшипника на выбор посадок

Тип подшипника оказывает определенное влияние на выбор посадки. Выше был рассмотрен выбор посадок для подшипников радиальных и радиально-упорных шариковых и роликовых.

Для тугих колец упорных шариковых и роликовых подшипников применяются посадки L0/js6 или L6/js6:

S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,033+0) /2 = 0,0165 мм

TS = S_max - S_min = 0,033 – 0 = 0,033 мм

TS = TD + Td = 0,025 + 0,008 = 0, 033 мм

1. Определяем основные размеры и параметры подшипника, имеющего: D=52 мм; d=25 мм; B=15 мм; r=1.5

2. Определяем вид нагружения наружного и внутреннего колец подшипника:

Так как вращается вал, а внутреннее кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее последовательно всей посадочной поверхности вала, то внутреннее кольцо имеет циркуляционный вид нагружения.

Наружное кольцо имеет местный вид нагружения, так как оно (кольцо) воспринимает радиальную нагрузку, постоянную по направлению, лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса.

Поле допуска отверстия в корпусе принимаем H7 по таблице 4.93 стр.289(6)

3. Определяем поле допуска для вала, находящегося в соединении с внутренним кольцом. Для этого определяем интенсивность нагрузки по формуле:

P_R= R· k_п · F · F_А/b, (5.1)

где R — радиальная реакция опоры на подшипник, кН;

b — рабочая ширина посадочного места, м;

B — ширина подшипника (b = B – 2r, B — ширина подшипника; r — радиус закругления или ширина фаски кольца подшипника);

k_п — динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при перегрузки до 150%, умеренных толчках и вибрации k_п =1.8);

F— коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе (при сплошном вале F = 1, по таблице 4.90, стр.286.(6));

F_А — коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки R между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или между сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки А на опору. Значения F_А приведены в таблице 4.91, стр286(6). Для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом F_А = 1.

P_R = 0.5 · 1 · 1 · 1/0.012 = 41.7 кН/м

4. Определяем поле допуска вала по таблице 4.92, стр.287(6): Js6

5. Определяем посадку внутреннего кольца с валом по минимальному натягу, который приближенно рассчитывается по формуле:

N’_min = 13 · R · k / b · 10⁶ (5.2)

где N’_min — наименьший расчетный натяг, обеспечивающий необходимую прочность соединения циркуляционно нагруженного кольца подшипника с валом, мм;

R — наибольшая радиальная нагрузка на подшипник, кН;

k — коэффициент, принимаемый приближенно для подшипников легкой серии — 2.8;средней серии — 2.3; тяжелой — 2; b — рабочая ширина кольца подшипника

(за вычетом фасок), м.

Проверка показала правильность выбора посадки.

Рассчитаем минимальный натяг:

N’_min = 13 · 0.5 · 2.8 / 0.012 · 10⁶ = 0.002 мм = 2 мкм.

По найденному значению N’_min можно было бы выбрать поле допуска из числа предусмотренных для циркуляционно нагруженных колец (см. таблицу 4.92, стр.287[6]) с учетом отклонения отверстия кольца подшипника.

Как видно расчет по формулам обеспечивает выбор одинаковой посадки.