Основные указания по выбору посадок для колец подшипников Московского Подшипникового Завода №7 (ООО “МПЗ-7”).
Выбор посадок подшипников на вал и в отверстие корпуса производят в зависимости от вида нагружения, т.е. от того, вращается или не вращается данное кольцо относительно действующей на него радиальной нагрузки, а также от величины, направления и интенсивности действующих нагрузок.
Под радиальной нагрузкой следует понимать равнодействующую всех радиальных сил, воздействующих на подшипник или тела качения.
В соответствии с условиями работы различают следующие основные виды нагружения колец подшипника: местное, циркуляционное и колебательное.
Местное погружение кольца – нагружение, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца (в пределах зоны нагружения) и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса. Кольцо может быть неподвижно относительно действующей на него нагрузки или кольцо и нагрузка участвуют в совместном вращении. На рис. 34 представлены случаи местного нагружения колец (а – наружного, б – внутреннего) с соответствующими эпюрами нормальных напряжений на посадочных поверхностях.
Циркуляционное погружение кольца –нагружение, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения дорожке качения в процессе вращения последовательно по всей ее длине, а следовательно, и всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение имеет место, например, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки, а также когда нагрузка вращается относительно неподвижного или подвижного кольца (рис. 35). На этом рисунке представлены случаи циркуляционного нагружения внутреннего кольца (рис. 35, а и б), наружного кольца (рис. 35, в и г), обоих колец (рис. 35, д). Показана также эпюра нормальных напряжений на посадочной поверхности корпуса (рис. 35, в),перемещающаяся по мере вращения нагрузки Fr с частотой вращения п.
Рис. 34. Эпюры нормальных напряжений
на посадочных поверхностях и случаи местного
нагружения наружного кольца (а) и
внутреннего кольца (б)
81. Поля допусков на диаметры посадочных поверхностей валов н отверстий корпусов
| Ква- ли- теты | Поля допусков для основных отклонений | |||||||||||||||||||
| е | f | g | h | js | j | k | m | n | p | r | E | G | H | JS | J | К | М | N | P | |
| для вала | для отверстия корпуса | |||||||||||||||||||
| 3 | h3 | js3 | ||||||||||||||||||
| 4 | g4 | h4 | js4 | k4 | m4 | n4 | G4 | H4 | JS4 | K4 | M4 | |||||||||
| 5 | g5 | h5 | js5 | (j5) | k5 | m5 | n5 | P5 | G5 | H5 | JS5 | K5 | M5 | N5 | ||||||
| 6 | f6 | g6 | h6 | js6 | (j6) | k6 | m6 | n6 | p6 | r6 | G6 | H6 | JS6 | (J6) | Кб | Мб | N6 | P6 | ||
| 7 | f7 | h7 | r7 | G7 | H7 | JS7 | (J7) | К7 | М7 | N7 | P7 | |||||||||
| 8 | е8 | f8 | h8 | Е8 | H8 | |||||||||||||||
| 9 | (е9) | f9 | h9 | (Е9) | (H9) | |||||||||||||||
| 10 | (h10) | |||||||||||||||||||
Примечания:
1. В скобках приведены поля допусков ограниченного применения.
2. Под посадку шариковых и роликовых подшипников на закрепительных или стяжных втулках предельные отклонения валов устанавливают по h8, h9 и h10.
3. При применении полей допусков H7, H8, H9 необходима селективная сборка с целью исключения проворота наружного кольца подшипника.
82. Посадки подшипников качения на вал и в отверстие корпуса по классам точности для основных отклонений
| Классы точности подшипников по ГОСТ 520-89 | вала | отверстия корпуса | ||||||||||||||||||
| е | f | g | h | js | (j) | k | m | n | p | r | Е | G | H | JS | (J) | К | М | N | Р | |
| 0 и 6 | ||||||||||||||||||||
Примечания: 1. Если по условиям работы в узлах вместо примененных подшипников классов точности 5 и 4 могут быть использованы подшипники классов точности 0 или 6, то допускается обработку вала и корпуса производить соответственно по 6-му и 7-му квалитетам.
2. В скобках даны поля допусков ограниченного применения.
3. Жирным шрифтом выделены посадки для основных типов соединений.
4. Для подшипников классов точности 5, 4 и 2 допускается производить обработку вала и отверстия корпуса соответственно по 6-му и 5-му квалитетам при условии обеспечения посадки колец и технических требований к посадочным поверхностям, установленных для соответствующих классов точности подшипников.
Рис. 35. Случаи циркуляционного нагружения внутреннего кольца (а, б),
наружного кольца (в, г), обоих колец (д)
Колебательное нагружение – нагружение, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременному воздействию радиальных нагрузок: постоянной по направлению Fr и вращающейся Fc, меньшей или равной по величине Fr. Их равнодействующая совершает периодическое колебательное движение, симметричное относительно направления Fr , причем она периодически воспринимается последовательно через тела качения зоной нагружения кольца и передается соответствующим ограниченным участкам посадочной поверхности.
Такое нагружение возникает, например, на неподвижном наружном кольце, когда на него воздействует через вал постоянная нагрузка Fr., а внутреннее кольцо вращается совместно с приложенной к нему нагрузкой Fc, возникающей от дисбаланса (рис. 36, о). При вращении наружного кольца совместно с нагрузкой Fcколебательное нагружение возникает на неподвижном внутреннем кольце (рис. 36, б)
Рис. 36. Случаи колебательного нагружения наружного кольца при циркуляционном нагружении
внутреннего кольца (а), внутреннего кольца при циркуляционном нагружении наружного кольца (б);
круговая диаграмма изменения равнодействующей силы Fr+c при /Fr/> /Fc/ (в)
Равнодействующая изменяется от /Fr/ + /Fc/ до /Fr/ ¯ /Fc/ и колеблется по направлению за один оборот вала в пределах угла, ограниченного точками А и В на круговой диаграмме (рис. 36, в), симметрично относительно линии действия силы Fr. При /Fr/ = /Fc/ равнодействующая изменяется от 0 до 2 /Fr/.
Если нагрузка постоянного направления меньше вращающейся, т.е. /Fr/ /Fc , равнодействующая вращается, изменяясь по значению и направлению от /Fr/ + /Fc/ до /Fс/ ¯ /Fr/ (круговая диаграмма, рис. 37, в).
В этом случае кольца являются либо местно нагруженными (внутреннее на рис. 37, а, наружное на рис. 37, б), либо циркуляционно нагруженными (наружное на рис. 37, а, внутреннее на рис. 37, б), в зависимости от схемы приложения сил.
При “неопределенном нагружении”, например когда нагрузка на подшипники качения вала приложена одновременно от силы натяжения ремня и от кривошипно-шатунного привода, кольца подшипников вала устанавливают, как при циркуляционном виде нагружения.
В табл. 83 приведены виды нагружения колец подшипников качения при радиальных нагрузках в зависимости от условий работы.
Рис. 37. Случаи местного нагружения внутреннего кольца при циркуляционном
нагружении наружного кольца (а), циркуляционного нагружения внутреннего кольца
при местном нагружении наружного (б); круговая диаграмма изменения
равнодействующей силы Fr+c при /Fr/ /Fc/ (в)
83. Виды нагружения колец подшипников качения
Постоянная по направлению
Постоянная по направлению и вращающаяся, меньшая постоянной по значению
Постоянная по направлению и вращающаяся, большая постоянной по значению
Постоянная по направлению
Вращающаяся с внутренним кольцом
Вращающаяся с наружным кольцом
Другим фактором, определяющим характер посадки, ее плотность является интенсивность и динамика нагружения. По интенсивности нагружения подшипниковых узлов, определяемой отношением эквивалентной радиальной нагрузки Рr и радиальной динамической грузоподъемности Сr, режимы их работы подразделяют на легкий, нормальный, тяжелый и режим “особые условия” (табл. 84).
К режиму “особые условия” относят условия эксплуатации подшипников, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (в железнодорожных и трамвайных буксах, на коленчатых валах двигателей, в узлах дробилок, прессов, экскаваторов и т.п.). Посадки подшипников при этом режиме выбирают, как для тяжелого режима работы, независимо от отношения Рr/Сr
84. Режимы работы подшипников качения
Большим значениям отношения Рr/Сr должны соответствовать более плотные посадки.
При выборе посадок следует учитывать также перепад температур между валом и корпусом, монтажные и контактные деформации колец, влияющие на рабочий зазор в подшипнике, материал и состояние посадочных поверхностей вала и корпуса, условия монтажа.
Многолетней практикой применения подшипников установлено, что соединение с валом или корпусом колец, вращающихся относительно нагрузки, должно осуществляться обязательно с натягом, исключающим проворачивание и обкатывание кольцом сопряженной детали. При недостаточном натяге и циркуляционном нагружении между кольцом и посадочной поверхностью может появиться зазор в разгруженной зоне, что приводит к обкатыванию кольцом сопряженной поверхности, ее развальцовке, контактной коррозии, истиранию, снижению точности вращения и разбалансировке.
При высоких частотах вращения применяют посадки с меньшим натягом.
Посадки неподвижных относительно нагрузки колец, назначают более свободными, допускающими наличие небольшого зазора, так как обкатывание кольцами сопряженных деталей в этом случае не происходит. Нерегулярное проворачивание невращающегося кольца порядка одного оборота в сутки полезно, так как при этом изменяется положение его зоны нагружения, что способствует повышению долговечности подшипника. Кроме того, такое сопряжение облегчает осевые перемещения колец при монтаже, при регулировании зазоров в подшипниках и при температурных деформациях.
Посадки подшипников отличаются от обычных расположением и значением полей допусков на посадочные поверхности колец. Подшипник является основным комплектующим изделием, не подлежащим в процессе сборки дополнительной доводке. Требуемые посадки в соединении колец получают назначением соответствующих полей допусков на диаметры вала или отверстия в корпусе. Особенностью является то, что в подшипниках качения поле допуска на диаметр отверстия внутреннего кольца располагают не вверх от нулевой линии (не “в плюс”), а вниз (“в минус”), рис. 33. Этим гарантируют получение натягов в соединениях внутреннего кольца с валами, имеющими поля допусков k, n и т. Поле допуска на диаметр наружного кольца располагают как обычно – “в минус” или “в тело детали”.
Посадки колец шариковых и роликовых радиальных подшипников на вал и в отверстие корпуса в зависимости от вида нагружения выбирают* в соответствии с табл. 85.
Посадки шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников на вал и в отверстие корпуса выбирают в соответствии с табл. 86.
Для тугих колец упорных шариковых и роликовых подшипников применяют посадки L0/js6(L0/j6) или L6/js6(L6/j6).
Часто выбор посадок осуществляют методом аналогий, ориентируясь на аналогичные, длительно работающие проверенные узлы, близкие по конструкции, назначению и условиям эксплуатации.
В табл. 87-89 приведены рекомендуемые посадки шариковых и роликовых подшипников различных типов в зависимости от вида нагружения, режима работы и диаметра отверстия.
85. Посадки колец радиальных подшипников для различных видов нагружения
| Виды нагру- жения колец | внутреннего на вал | наружного в корпус | |||||||||||||
| Местное | L5/js5 | L0/js6 | L5/h5 | L0/h6 | L0/g6 | L0/f7 | JS6/l5 | JS7/l0 | H6/l5 | H7/l0 | H8/l0 | G7/l0 | |||
| L4/js5 | L6/js6 | L4/h5 | L6/h6 | L6/g6 | L6/f7 | JS6/l4 | JS7/l6 | H6/l4 | H7/l6 | H9/l0 | G7/l6 | ||||
| L2/js4 | L2/h4 | JS5/l2 | H5/l2 | H8/l6 H9/l6 | |||||||||||
| Циркуля- ционное | L5/n5 | L0/n6 | L5/m5 | L0/m6 | L5/k5 | L0/k6 | L5/js5 | L0/js6 | N6/l5 | N7/l0 | M6/l5 | M7/l0 | K6/l5 | K7/l0 | P7/l0 |
| L4/n5 | L6/n6 | L4/m5 | L6/m6 | L4/k5 | L6/k6 | L4/js5 | L6/js6 | N6/l4 | N7/l6 | M6/l4 | M7/l6 | K6/l6 | K7/l6 | P7/l6 | |
| L2/n4 | L2/m4 | L2/k4 | L2/js4 | N5/l2 | M5/l2 | K5/l2 | |||||||||
| Колеба- тельное | L5/js5 | L0/js6 | JS5/l5 | JS7/l0 | |||||||||||
| L4/js5 | L6/js5 | JS5/l4 | JS7/l6 | ||||||||||||
| L2/js4 | JS4/l2 | ||||||||||||||
Примечания: 1. При частотах вращения, превышающих предельные, для местно нагруженных колец радиальных шариковых и роликовых подшипников следует производить обработку посадочных мест вала и корпуса под посадку с полем допуска, расположенным симметрично относительно номинального диаметра по табл. 81.
2. Допускается при необходимости применение полей допусков j5, j6, J6, J7 ограниченного применения.
86. Посадки радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников
в зависимости от вида нагружения при осевой регулировке
Циркуляционное нагружение
колец подшипников
при отсутствии регулировки
Миф о люфте и точности подшипников
Почему радиальный люфт и зазор подшипника это не одно и то же?
Во время Второй Мировой войны на военном заводе в Шотландии малоизвестный человек по имени Стэнли Паркер разработал концепцию, которую мы знаем сегодня как метод минимизации производственных затрат. Он заметил, что, несмотря на то, что некоторые детали, производимые для торпед, были забракованы после проверки, они все еще отправлялись в производство.
При ближайшем рассмотрении он обнаружил, что виной всему измерение допусков. Традиционные допуски по координатам X-Y создавали квадратную зону допуска, которая исключала деталь, даже если она занимала точку в изогнутом круговом пространстве между углами квадрата. Затем он опубликовал свои выводы о том, как определить истинное положение, в книге под названием “Чертежи и размеры”.
Внутренний зазор
В наши дни концепция Паркера помогает разрабатывать подшипники, в которых есть некоторый люфт, иначе известный как внутренний зазор или, более конкретно, радиальный и осевой люфт. Радиальный люфт – это зазор, перпендикулярный оси подшипника, а осевой люфт – это зазор, параллельный оси подшипника.
Этот люфт изначально присутствует в подшипнике, чтобы позволить ему выдерживать нагрузки в различных условиях, принимая во внимание такой фактор, как температурное расширение.
В частности, зазор может влиять на шум, вибрацию, тепловое напряжение, прогиб, распределение нагрузки и долговечность. Более высокий радиальный люфт желателен в ситуациях, когда есть вероятность того, что внутреннее кольцо или вал станут более горячими и расширятся во время использования по сравнению с наружным кольцом или корпусом. В этой ситуации люфт в подшипнике уменьшится. И наоборот, люфт увеличится, если наружное кольцо расширится больше, чем внутреннее.
Более высокий осевой люфт желателен в тех случаях, где существует несоосность между валом и корпусом, поскольку она может привести к быстрому выходу из строя подшипника с небольшим внутренним зазором. Больший зазор также может позволить подшипнику справляться с несколько более высокими нагрузками, поскольку он подразумевает более высокий угол контакта.
Важно, чтобы инженеры нашли правильный баланс внутреннего зазора в подшипнике. Подшипник с недостаточным люфтом будет генерировать избыточное тепло и трение, что приведет к скольжению тел качения по дорожке качения и ускорит износ. Точно так же слишком большой зазор увеличит шум и вибрацию и снизит точность вращения.
Зазор можно контролировать с помощью различных посадок. Такой контроль представляет собой степень натяга или зазора между валом и внутренним кольцом и между наружным кольцом и корпусом.
Плотная посадка между внутренним кольцом и валом важна для удержания его на месте и предотвращения нежелательного проскальзывания, которое может генерировать тепло и вибрацию.
Однако посадка с натягом уменьшит зазор в подшипнике по мере расширения внутреннего кольца. Аналогично плотная посадка между корпусом и наружным кольцом в подшипнике с низким радиальным люфтом приведет к сжатию наружного кольца и еще большему уменьшению зазора. Это будет причиной возникновения отрицательного внутреннего зазора — фактически делая вал больше отверстия — что приведет к чрезмерному трению и раннему выходу из строя.
Цель состоит в том, чтобы у подшипника был нулевой рабочий люфт, когда он работает в нормальных условиях. Однако начальный радиальный люфт может вызвать проблемы с заносом или скольжением шариков, снижая жесткость и точность вращения. Этот начальный люфт может отсутствовать из-за предварительной нагрузки. Предварительная нагрузка создается с помощью шайб или пружин, которые прижимаются к внутреннему или наружному кольцу подшипника после его монтажа.
Инженеры также должны учитывать тот факт, что легче уменьшить зазор в подшипнике тонкого сечения, потому что кольца тоньше и легче деформируются. Округлость вала и корпуса также более важна для подшипников тонкого типа, поскольку некруглый вал деформирует тонкие кольца и увеличивает шум, вибрацию и крутящий момент.
Допуски
Непонимание роли радиального и осевого люфта привело многих к путанице в отношениях между люфтом и точностью, особенно точностью, которая является результатом лучших производственных допусков.
Некоторые думают, что высокоточный подшипник почти не должен иметь люфта и должен вращаться очень точно. Для них большой радиальный люфт создает впечатление низкого качества, даже если это высокоточный подшипник, специально разработанный с люфтом.
Тем не менее, это правда, что допуск улучшает точность. Вскоре после появления массового производства инженеры поняли, что нецелесообразно и неэкономично, если вообще возможно, производить два совершенно одинаковых продукта. Всегда будут незначительные различия между одной единицей и последующей.
Классы допуска для шарикоподшипников, известные как ISO (метрические) или ABEC (дюймовые), регулируют допустимое отклонение и охватывают измерения, включая размер внутреннего и наружного колец, а также округлость колец и дорожек качения. Чем выше класс и чем жестче допуск, тем более точным будет подшипник после его сборки.