Допуски і посадки підшипників кочення

З метою зменшення номенклатури (кількості ти­порозмірів) підшипників посадки зовнішніх кілець у корпуси завжди виконують у системі вала, а посадки внутрішніх кілець на вали - у системі отвору.

Для одержання нерухомих з'єднань застосовують перехідні посадки забезпечуючі легкий монтаж і демонтаж (огляди, промивання, заміни підшипників). Однак звичайні перехідні посадки в з'єднанні внутрішнього кільця з валом не забезпечують необхідної нерухомості в з'єднанні, і як результат – провертання осі у внутрішньому кільці, особливо при великих радіальних навантаженнях. Застосовувати шпонки не можна через тонкостінності кільця. Застосовувати стандартні посадки з гарантованими натягами неможливо через відносно великі натяги, уводити нові посадки зі зменшеними натягами економічно недоцільно. Тому було прийняте поле допуску на діаметр отвору TD внутрішнього кільця підшипника розташовувати униз від нульової лінії (у вигляді зеркального відображення основного отвору), а не вгору, у «+», як в основних отворів (Рис.24). Цим гарантується одержання невеликих натягів у з'єднаннях внутрішнього кільця з валами, що мають поля допусків k6, m6, n6, p6, r6, k5, m5, n5, k4, m4, n4. Ці натяги достатні для запобігання провертання вала у внутрішнім кільці підшипника.

Рис.24

Таким чином, необхідні посадки завжди забезпечу­ються за рахунок деталей, на які або в які встановлюється підшип­ник, а вартість виготовлення підшипників кочення значно зменшу­ється, бо граничні розміри кілець підшипників у певному класі точ­ності залишаються постійними.

За ГОСТ 3325-85 (СТ СЕВ 773-77) поля допусків підшипника позначаються класом точності і літерою l, L:

- поля допусків основного отвору (внутрішній диметр внутрішнього кільця підшипника D) позначають L0, L6, L5, L4, L2.

- поля допусків основного вала (зовнішній діаметр зовнішнього кільця підшипника d) позначають l0, l6, l5, l4, l2.

Посадки позначають: Ø40– у системі отвору; Ø100– у системі вала.

Можливі варіанти посадок зовнішнього діаметра d підшипника в корпус (система вала):

Можливі варіанти посадок внутрішнього діаметра D підшипника на вал (вісь) (система отвору):

Рис. 27 Графічне зображення полів допусків для зовнішнього (а) і внутрішнього (б) кілець підшипників кочення

Посадки зовнішнього кільця з корпусом здійснюються за системою вала, а внутрішнього - за системою отвору. При призначенні полів допусків на вал та отвір необхідно враховувати наступне:

1. Обертається вал або корпус.

2. Величину, напрямок та характер діючого на підшипник навантаження.

3. Режим роботи.

4. Тип, розміри та клас точності підшипника.

Види навантажень кілець підшипників та вибір поса­док для деталей, що з'єднуються з ними (за ГОСТ 3325-85)

Питання стосовно призначення посадок кілець підшипника на вали і в корпуси розв'язують залежно від умов його роботи, значен­ня сил, діючих у механізмі, а також виду навантаження кілець [4]. Згід­но зі стандартом розрізняють три основні види навантаження кілець: місцеве, циркуляційне і коливальне.

Місцевим (рис.28, а) називається навантаження кільця постій­ною за напрямком радіальною силою що постійно сприймається обмеженою ділянкою доріжки кочення цього кільця і передається обмеженій ділянці посадочної поверхні вала або корпусу. Напри­клад, такий вид навантаження сприймають зовнішні кільця підшип­ників, які є опорами валів коробок передач автомобілів і тракторів, валів редукторів тощо.

Циркуляційним (рис.28 б) називається навантаження кільця радіальною силою, що послідовно сприймається всією поверхнею доріжки кочення і передається всій поверхні вала або корпусу. Та­кий вид навантаження буває тоді, коли кільце, яке обертається, сприймає радіальну силу постійного напрямку або коли нерухоме кільце сприймає навантаження радіальної сили, яка обертається на­вколо непорушного кільця.

Рис.28. Схеми навантажень зовнішнього кільця підшипника кочення:

а - місцеве; б - циркуляційне; в - коливальне: г, д, в, ж, з, і – залежність виду навантаження кілець від схеми діючих сил та їхнього обертання.

Коливальним називається такий вид навантаження кільця, при якому нерухоме кільце підшипника сприймає одночасну дію двох радіальних сил: постійної за напрямком () і сили, яка обертається (), причому . У цьому випадку їхня рівнодіюча колива­ється симетрично відносно лінії напрямку дії сили і сприймається обмеженим участком кільця, вала або корпусу (рис. 28, в). Якщо сила <то рівнодіюча обертається на 360°. Таке наванта­ження вважається циркуляційним.

При місцевому навантаженні кілець спрацювання доріжки ко­чення концентрується на постійній невеликій ділянці, а при цирку­ляційному - кільце підставляє під навантаження послідовно всю по­верхню доріжки внаслідок чого вона спрацьовується рівномірно.

Посадку варто вибирати так, щоб обертове в процесі роботи кільце підшипника було змонтовано з натягом, що виключає можливість обкатування і прослизання цього кільця по посадковій поверхні вала або отвору в корпусі в процесі роботи під навантаженням; а нерухоме кільце повинне бути встановлене з зазором. Отже, при обертовому валі з'єднання внутрішнього кільця з ним повинно бути нерухомим, а зовнішнє кільце встановлене в корпусі з невеликим зазором; при нерухомому валі з'єднання внутрішнього кільця з ним повинно мати посадку з невеликим зазором, а зовнішнього кільця з корпусом – посадку з натягом.

Дотримання цього загального правила необхідно

- для запобігання заклинювання кульок при осьових деформаціях валів;

- для забезпечення рівномірності зносу доріжок кочення кілець.

Призначення посадок по виду навантаження кілець:

1) Якщо кільце сприймає місцеве навантаження, для нього призначають посадки з зазором або перехідні посадки з переважним зазором. При таких посадках усувається заклинювання кульок, кільце під дією поштовхів і вібрацій поступово повертається по посадковій поверхні, завдяки чому знос бігової доріжки відбувається рівномірно по всій окружності кільця. Термін служби підшипників при таких посадках кілець з місцевим навантаженням підвищується. Чим менше робочий зазор (зазор між тілами кочення і доріжками кочення при сталому робочому режимі і температурі), тим більшу довговічність має підшипник. При значному робочому зазорі виникає велике радіальне биття, навантаження сприймається меншим числом кульок.

2) Якщо кільце сприймає циркуляційне навантаження, для нього призначають посадки з натягом. При циркуляційному навантаженнях не можна допускати проковзування кілець по спряженому валу або корпусу, які обертаються, бо це призведе до розвальцювання і стирання загартова­ним кільцем посадочної поверхні, після чого дуже швидко вийде з ладу підшипник.

3) При коливальному навантажені кільця одночасно сприймають радіальні і коливальні навантаження тому повинні мати перехідні посадки з переважаючим зазором.

Крім виду навантажень, при визначенні посадок підшипників не­обхідно враховувати також і режим роботи підшипника: легкий, нор­мальний, важкий чи особливо важкий. Співвідношення між еквівален­тним навантаженням Р і динамічною вантажопідйомністю С такі: для легкого режиму - Р/С ≤ 0,07; для нормального режиму - 0,07<Р/С ≤ 0,15, а для важкого режиму - Р/С >0,15.

Найменший натяг Nmin для циркуляційно навантажених кілець підшипників можна визначити за формулою:

де Р_R - радіальна сила, кН; к - коефіцієнт, який залежить від серії підшипника (для легкої к = 2,8 для середньої к = 2,3 і для важкої к = 2,0); b- робоча ширина кільця (без фасок), мм, b= В_т – 2r, В_т - ши­рина кільця підшипника; r - радіус фаски.

де R – радіальна реакція опори на підшипник, кН;

k_П – динамічний коефіцієнт посадки; k_П = 1 – при перевантаженнях до 150%, помірних поштовхах і вібрації; k_П = 1,8 – при перевантаженні до 300%, сильних ударах і вібрації;

F – коефіцієнт, що враховує ступінь ослаблення посадкового натягу при порожньому валі або тонкостінному корпусі. Якщо вал суцільний, а корпус не тонкостінний – F=1.

F_А – коефіцієнт нерівномірності розподілу радіального навантаження R між рядами роликів (у дворядних конічних роликопідшипниках або між здвоєними шарикопідшипниками) при наявності осьового навантаження A на опору. При А=0 F_А =1.