Метрология





Допуски и посадки подшипников качения



Основные понятия о допусках и посадках подшипников качения

Подшипники качения работают в самых разнообразных эксплуатационных условиях и призваны обеспечивать требуемую точность и равномерность вращения подвижных частей машин, а также обладать высокой долговечностью.
Работоспособность подшипников качения в большой степени зависит от точности их изготовления и характера соединения с сопрягаемыми деталями. Являясь стандартными узлами, подшипники качения имеют полную взаимозаменяемость по присоединительным поверхностям, определяемым наружным диаметром наружного и внутренним диаметром внутреннего колец.

Точность подшипников качения (ГОСТ 520-71, СТ СЭВ 774-77) определяется следующими показателями:

  • точностью присоединительных поверхностей, т. е. точностью формы и размеров отверстия диаметром d во внутреннем кольце, цилиндрической поверхности диаметром D наружного кольца и ширины колец В;
  • точностью размеров и формы тел качения, а также дорожек качения наружного и внутреннего колец;
  • радиальным биением дорожек качения внутреннего Ri и наружного колец;
  • непостоянство ширины колец ;
  • биением базового торца внутреннего кольца относительно его отверстия Si и наружной поверхности наружного кольца относительно базового торца Sa;
  • осевым биением дорожки качения внутреннего Ai и наружного Aa колец относительно базовых торцов;
  • шероховатостью посадочных и торцовых поверхностей колец.

В зависимости от перечисленных показателей точности все тип подшипников качения делят на пять классов точности, обозначаемых в порядке повышения точности: 0, 6, 5, 4 и 2.
допуски и посадки подшипников качения Класс точности подшипника выбирается исходя из требований, предъявляемых к точности вращения и условиям работы механизма, с учетом того, что с повышением класса точности значительно возрастает стоимость подшипника. Дорогостоящие подшипники высокой точности следует применять только в обоснованных случаях.

В машино- и приборостроении при средних и малых нагрузках, нормальной точности вращения (например, в редукторах общего назначения) обычно применяют подшипники класса точности 0.
Для тех же условий, но при повышенных требованиях к точности вращения используют подшипники класса точности 6. Подшипники классов точности 5 и 4 применяют только при больших скоростях и жестких требованиях к точности вращения, а класса точности 2 – лишь в особых условиях. Класс точности (кроме класса 0) указывают через тире перед условным обозначением подшипника, например: 6 – 310.

ГОСТ 520-71 и СТ СЭВ 774-77 устанавливают также порядок маркировки, упаковки, транспортирования и хранения подшипников, обозначения и определения основных параметров. Кроме того в стандарте приведены методы контроля колец и подшипников в сборе.

Определение годности колец подшипников имеет особенность. Кольца подшипников, находящиеся до монтажа в свободном состоянии, вследствие упругих деформаций могут иметь овальность. Однако кольца могут оказаться годными даже в том случае, когда у данного подшипника наибольший и наименьший диаметры посадочных отверстий выходят за допустимые пределы. Это объясняется тем, что кольца многих подшипников имеют малую толщину, сравнительно легко деформируются и после сборки с валом или корпусом принимают форму круглых цилиндров, имеющих средние диаметры в допустимых пределах.
В связи с этим в таблицах стандартов установлены предельные отклонения на номинальные и средние диаметры. Годными являются кольца, действительные значения средних диаметров которых не выходят за предельные значения средних диаметров.

***



Допуски и посадки подшипников качения

Система допусков и посадок, принятая для подшипников качения, обеспечивает взаимозаменяемость подшипников качения по их присоединительным размерам D и d, а также необходимое разнообразие посадок.
Эта система, основанная на системе допусков и посадок для гладких цилиндрических соединений, имеет ряд особенностей:

1. Для сокращения номенклатуры подшипников качения значения предельных отклонений, установленных на размеры D и d, зависят только от характера сопряжения подшипников с корпусами и валами.

2. Требуемый характер соединения колец подшипников с деталями механизмов достигается обработкой сопрягаемых поверхностей валов и отверстий в корпусах по предельным отклонениям, при этом для соединения подшипников качения с деталями по наружному кольцу выполняются в системе вала, а по внутреннему – в системе отверстия.

3. Поля допусков наружного и внутреннего диаметров подшипников качения расположены ниже нулевой линии. Таким образом, поле допуска наружного диаметра подшипника занимает такое же положение, как поле допуска основного вала, а поле допуска внутреннего диаметра по сравнению с полем допуска основного отверстия перевернуто относительно нулевой линии.

4. Поля допусков, по которым обрабатываются посадочные поверхности валов и отверстий в корпусах в сочетаниями с полями допусков, установленными на диаметры подшипников, образуют специальные посадки, поскольку в сопряжениях колец с деталями механизмов получают более точные посадки, чем в сопряжениях деталей, обработанных по одинаковым квалитетам Единой системы допусков и посадок (ЕСДП СЭВ).

При выборе полей допусков учитывают тип машины, требования к точности вращения, характер нагрузок (постоянные, переменные, ударные) и другие эксплуатационные условия, а также тип, размеры и условия монтажа подшипников.

На характер соединения подшипников качения с деталями механизмов большое влияние оказывает вид нагружения колец подшипников. Вид нагружения зависит от того, какое кольцо вращается относительно результирующей радиальной нагрузки, действующей на подшипник. Различают три вида нагружения колец: местное, циркуляционное и колебательное.

При местном нагружении кольцо воспринимает радиальную нагрузку, постоянную по направлению, лишь ограниченным участком дорожки качения и передает ее соответственному ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса.

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

Колебательное нагружение имеет место, когда подшипник качения нагружен одновременно двумя или несколькими радиальными силами, при этом силы могут быть переменными и постоянными по величине и направлению. В этом случае кольцо подшипника воспринимает равнодействующую нескольких радиальных нагрузок, одновременно воздействующих на ограниченный участок окружности дорожки качения, и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса или вала.

При отсутствии особых условий для колец, испытывающих местное нагружение, применяют посадки с зазором или небольшим натягом, а при циркуляционном или колебательном нагружении – неподвижные посадки с натягом или переходные. Это объясняется тем, что при неподвижном закреплении кольца, испытывающего местное нагружение, максимальные напряжения всегда возникают в одной и той же точке его дорожек качения, что приводит к быстрому разрушению подшипника.

Сопряжение с зазором или малым натягом допускает медленное относительное проворачивание сопрягаемых поверхностей и предотвращает локальные перегрузки подшипника.
расчет допусков и выбор посадок подшипников Для колец, нагруженных циркуляционными нагрузками необходимо обеспечить неподвижное соединение, поскольку в этом случае относительное перемещение сопрягаемых поверхностей приведет к быстрому разрушению мягких деталей механизмов более твердыми поверхностями колец подшипника.
Кроме того, плотная посадка в этом случае повышает точность вращения деталей механизма.

Между телами качения и дорожками качения в работающем подшипнике необходим радиальный рабочий зазор, который влияет на долговечность подшипника, и зависит от действующих нагрузок, рабочей температуры, начального и посадочного зазоров.
Начальным зазором называют зазор, имеющийся в новом подшипнике.
Посадочный зазор образуется в результате деформации колец подшипника после монтажа и влияет на рабочий зазор.
Отсутствие радиального зазора может привести к заклиниванию подшипника и его разрушению, а слишком большой зазор приводит к тому, что тела качения подшипника будут нагружены неравномерно.
На величину этих зазоров влияет характер посадки колец подшипника, поэтому при выборе допусков следует учитывать условия, в которых будет работать подшипник и механизм в целом.

Обозначения посадок подшипников качения на чертежах

На сборочных чертежах и чертежах деталей рядом с номинальным размером указывают условное обозначение поля допуска только поверхности, сопряженной с подшипником, например: Ø42J87.

***

Порядок расчета допусков и выбора посадок подшипников качения

Расчет и подбор допусков и посадок для подшипников качения следует производить по исходным данным в следующей последовательности:

1. Определяются основные размеры подшипника и характер нагружения его колец.
2. В соответствии с рекомендациями рассчитывается и выбирается посадка циркуляционно нагруженного кольца, а также посадка кольца, испытывающего местное нагружение.
3. Определяются численные значения предельных отклонений присоединительных диаметров подшипника и посадочных мест вала и корпуса согласно выбранным посадкам.
4. Рассчитываются предельные значения присоединительных диаметров и получаемых в соединениях зазоров и натягов.
5. Выполняются схемы взаимного расположения ролей допусков для соединений «внутреннее кольцо - вал», «наружное кольцо - корпус».
6. Устанавливаются отклонения формы, взаимного расположения, шероховатость поверхностей посадочных мест вала и корпуса.
7. Выполняются чертежи или эскизные изображения подшипникового узла и сопрягаемых с подшипником деталей с нанесением всех необходимых обозначений и размеров.

***

Методика расчета посадок для подшипников