Лекция 5

Посадки подшипников качения

Подшипники качения являются стандартными изделиями, которые изготавливаются на специальных подшипниковых заводах. Они обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям колец (наружный диаметр наружного кольца D и внутренний диаметр внутреннего кольца d). Технические требования на подшипники качения регламентирует ГОСТ 520-89.

ГОСТ 520-89 распространяется на шариковые и роликовые подшипники качения с отверстием диаметром от 0,6 до 2000 мм. Этим стандартом установлены следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности:

0, 6, 5, 4, 2, Т – для шариковых и роликовых радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников;

0, 6, 5, 4, 2 – для упорных и упорно-радиальных подшипников; 0, 6Х, 6, 5, 4, 2 – для роликовых конических подшипников.

Установлены дополнительные классы точности подшипников 7 и 8 ниже класса 0 для применения по заказу потребителя в неответственных узлах.

Классы точности подшипников характеризуются значениями предельных отклонений размеров, формы, расположения поверхностей подшипников. Выбор класса зависит от требований к точности вращения и условий работы механизма. Для большинства механизмов используются подшипники классов 0 и 6. Подшипники более высоких классов точности применяются в случае большой частоты вращения или когда требуется высокая точность вращения (шпиндели станков, авиационные двигатели). Класс 2 и Т используется в высокоточных измерительных приборах и машинах.

Для нормирования требований по уровню вибрации или уровня других дополнительных технических требований установлены три категории подшипников А, В, С. К категории А могут относиться подшипники класса точности 5, 4, 2, Т с одним из 16 дополнительных требований. К категории В могут относиться подшипники классов точности 0, 6Х, 6, 5 с одним из 9 дополнительных требований. К категории С относятся подшипники классов точности 8, 7, 0, 6 к которым не предъявляются дополнительные требования по уровню вибраций, моменту трения и т. д.

На подшипниках должна быть маркировка их условного обозначения в соответствии с ГОСТ 3189 и условного обозначения предприятия изготовителя. Слева от основного обозначения, отделяя знаком тире, маркируют: класс точности, группу радиального (осевого) зазора, ряд момента трения и категорию подшипников. Например, А125-3000205, где 3000205 – основное обозначение, 5 – класс точности, 2 – группа радиального зазора, 1 – ряд момента трения, А – категория подшипника. Категорию С не указывают и не маркируют, при этой категории класс 0 не указывают и не маркируют.

Основные отклонения подшипников качения обозначаются буквой l – для наружного кольца и буквой L – для внутреннего кольца. Например, поле допуска внутреннего кольца подшипника нулевого класса точности будет обозначаться L0, а поле допуска наружного кольца подшипника класса точности 5 будет обозначаться l5.

Рис. 12. Схемы расположения полей допусков колец подшипника качения

Во время измерения размеров колец подшипников мы получаем различные результаты измерений из-за овальности, конусообразности и других отклонений формы колец. Поэтому ГОСТ 520-89 устанавливает предельные отклонения единичного внутреннего диаметра dS и единичного наружного диаметра DS, среднего внутреннего диаметра dmp и среднего наружного диаметра Dmp колец подшипников (рис. 12).

dS (DS) – расстояние между двумя параллельными линиями, касательными к линии пересечения действительной поверхности отверстия (наружной поверхности) радиальной плоскостью.

dmp (Dmp) – среднее арифметическое значение наибольшего и наименьшего единичных диаметров отверстия (наружной поверхности) в одном и том же единичном сечении. Именно поля допусков средних диаметров колец подшипников определяют характер сопряжения колец подшипников.

Особенностью системы допусков и посадок колец подшипников заключается в том, что верхние отклонения средних диаметров, как наружного, так и внутреннего колец равно 0 и поле допуска располагаются от нуля вниз (рис. 12).

Выбор посадок подшипников качения (ГОСТ 3325-85) на вал и в корпус зависит от типа и формы подшипника, условий его применения, значения и природы нагрузок и типа нагружения колец подшипников.

Существует три основных типа нагружения колец подшипников: местное, циркуляционное и колебательное.

Местное нагружение – когда кольцо находится под действием результирующей радиальной нагрузки Fr, которая имеет постоянное направление (натяжение ремня, вес самого вала и т. д.). Это нагружение воздействует только на часть боковой стороны кольца и передается на соответствующий ограниченный сопряженный участок вала или корпуса. Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки (наружное кольцо на рис. 13,а или внутреннее кольцо на рис. 13,б)

Циркуляционное нагружение – происходит, когда вся поверхность кольца находится под воздействием результирующей радиальной нагрузки Fr. Этот тип нагружения возникает, когда кольцо вращается, а радиальная нагрузка постоянна или когда радиальная центробежная сила Fc вращается относительно неподвижного кольца (наружное кольцо на рисунке 13,б или внутреннее кольцо на рисунке 13,а).

Рис. 13 – Виды нагружения колец подшипников

Колебательное нагружение – возникает на наружном кольце, когда действуют совместно постоянная сила F и меньшая вращающаяся сила Fc, внутреннее кольцо испытывает при этом циркуляционное нагружение. Если Fc больше F, тогда внутреннее кольцо испытывает местное нагружение, а наружное циркуляционное см. рис. 13,в.

Рис. 3 – Рекомендованные посадки колец подшипника

Вслучае местного нагружения рекомендуется назначать посадки с небольшим зазором, чтобы кольцо подшипника имело возможность смещаться относительно посадочного неподвижного элемента, и нагрузка меняла бы точку действия на кольцо подшипника.

Поле допуска JS7 применяется только для сопряжения с радиально-упорными подшипниками, а поле допуска js6 и f6 применяется для сопряжения с тугими кольцами упорных шариковых и роликовых подшипниками.

Вслучае циркуляционного нагружения рекомендуется назначать посадки с натягом, чтобы вращающееся кольцо и контактирующая с ним деталь вращались как одно целое.

При колебательном нагружении рекомендуется применять переходные посадки. Рекомендуемые поля допусков при посадке подшипников 0 и 6 классов точности в случаях, когда вращается вал корпус неподвижен и наоборот вращается корпус вал неподвижен приведены на рис. 14. Поля допусков колец подшипника выделены серым цветом.

Большое влияние на долговечность работы подшипников качения, устанавливаемых в подшипниковых узлах, оказывает взаимный перекос осей внутреннего и внешнего колец подшипников, вызываемый погрешностями взаимного расположения посадочных поверхностей вала и корпуса, поэтому допускаемые углы взаимного перекоса колец подшипников θmax регламентируются ГОСТ 3325-85.

Погрешности взаимного расположения посадочных поверхностей вала и корпуса является следствием погрешности их изготовления и сборки

(технологическая погрешность θТ), а также деформации валов и корпусов во время работы узлов θq. В стандарте установлен допустимый угол перекоса осей вала и

корпуса от технологических погрешностей θТ ≤ 0,5θmax, и вызываемый деформацией валов и корпусов в работающем узле θq ≤ 0,2θmax.

Допустимые углы взаимного перекоса колец подшипников от технологической погрешности и допуски соосности посадочных поверхностей валов и корпуса для некоторых типов подшипников приведены в приложении 5.

6. ШПОНОЧНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шпоночные соединения применяются для соединения втулок, шкивов, муфт, рукояток и других деталей машин с валами, когда к точности центрирования не предъявляется особых требований.

6.1.Допуски и посадки призматических шпоночных соединений

Внастоящее время стандартами определены требования к призматическим шпоночным соединениям без крепления шпонки на валу (ГОСТ 23360 - 78) и для направляющих шпонок с креплением шпонки на валу (ГОСТ 8790 - 79).

Рис. 15. Виды исполнения шпонок

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к призматическим шпоночным соединениям без крепления шпонки на валу установленные (ГОСТ 23360 – 78). Стандартом предусмотрены три вида исполнения шпонок (рис. 15). Параметры сечения шпонки и шпоночного паза приведены на (рис. 16). Стандартом регламентируются: ширина шпонки b, высота шпонки h, длина шпонки L, глубина шпоночного паза на валу

t1 и глубина шпоночного паза во втулке t2.

Характер соединения шпонки со шпоночными пазами вала и отверстия определяется их назначением. На рис. 17 приведены схемы расположения полей допусков шпонки и шпоночных пазов вала и отверстия.

По характеру соединения существуют нормальное, плотное и свободное шпоночное соединения. Нормальное и плотное соединения обеспечивают неподвижное соединение шпонки с пазом вала и пазом втулки. Плотное соединение назначают при ударных и реверсивных нагрузках в мелкосерийном и индивидуальном производстве. В массовом и крупносерийном производствах, в целях облегчения сборки, рекомендуется применять нормальные посадки. Посадки, обеспечивающие свободное соединение, назначают для направляющихшпонок.

Требования к допускам на глубину шпоночного паза вала и втулки, приведены в табл. 5.

Рис. 17 – Расположение полей допусков в шпоночных соединениях

Таблица 1 - Предельные отклонения шпоночных пазов

Примечание: на рабочам чертеже предпочтительно на валу указать размер t1, а на отверстии втулки d + t2; если указывается на валу размер d - t1, предельные отклонения назначаются со знаком минус.

Длина шпоночного паза вала выполняется по Н15. Длина шпонки L выполняется по h14.

Высота шпонки выполняется по h11.

Допускается изготавливать шпонки высотой от 2 до 6 мм по h9 Шероховатость поверхности боковой поверхности шпоночного паза Ra3,2, дна

шпоночного паза Ra6,3.

ГОСТ 24071-80 устанавливает размеры шпонок, пазов вала и отверстия, допуски и посадки.

Установлено два вида исполнения сегментных шпонок, показанных на рис. 18.

Рис. 18. – Сегментные шпонки.

Поля допусков шпонки и шпоночных пазов вала и отверстия, требования к шероховатости пазов приняты такими же как и для шпоночных соединений с призматическими шпонками. Шпоночные соединения с сегментными шпонками применяются только для неподвижных соединений, для которых предусмотрены посадки такие же как и для призматических шпонок. Посадки, образующие свободные соединения для сегментных шпонок, отсутствуют.

Регламентированы:

ширина шпонки b выполняется по h9,

высота шпонки h и h1 = 0,8h выполняется по h11, диаметр шпонки d выполняется по h12.

6.3. Шлицевые соединения

Шлицевые соединения применяются для тех же целей, что и шпоночные, но имеют неоспоримые преимущества перед ними: большую усталостную прочность, более высокую точность центрирования, обладают способностью передавать большие крутящие моменты. В зависимости от профиля применяются шлицевые соединения трех видов: прямобочные, эвольвентные и треугольные. Треугольные шлицевые соединения применяются вместо соединений с натягом, для неподвижных соединений тонкостенных втулок и для соединений деталей из легких сплавов со стальными валами. Государственные стандарты на треугольные шлицевые соединения пока не разработаны, используются отраслевые стандарты.

Шлицевые соединения применяются для неподвижных и подвижных соедине-

ний.

Одним из показателей точности шлицевых соединений являются центрирование (соосность) сопрягаемых деталей. Собираемость шлицевых соединений зависит не только от точности отдельных элементов шлицевого отверстия и вала, но и от точности формы и взаимного положения.

Наряду с прямобочными и эвольвентными шлицевыми соединениями применяются и другие виды, например: шлицевые соединения с винтовыми зубьями, коническими и торцевыми зубьями. Соединения с винтовыми зубьями (привод стартера в автомобильном двигателе) используют для совместной передачи движения в осевом и окружном направлениях, конические – в беззазорных соединениях в торцевых муфтах. В станкостроении применяются специальные шариковые шлицевые соединения.

6.3.1.Прямобочные шлицевые соединения

Впрямобочных шлицевых соединениях в зависимости от передаваемого крутящего момента основные размеры подразделяются на три серии: легкая, средняя и тяжелая. Число шлицов в легкой и средней серии: 6, 8 и 10, а в тяжелой – 10, 16 и

20.Основные размеры для каждой серии приводятся в таблицах стандарта (ГОСТ 1139-80). Стандартом предусмотрено три вида центрирования: по наружному диаметру D, внутреннему диаметру d и по боковым сторонам шлица b (рис. 19).

Рис. 19 – Виды центрирования прямобочных шлицевых соединений

Как видно из рис. 19,а при центрировании по наружному и внутреннему диаметрам (рис. 19,б) посадки осуществляются по соответствующим диаметрам и по боковым сторонам шлица, а при центрировании по боковым сторонам (рис,19,в) – только по боковым сторонам.

Нецентрирующие диаметры шлицевых поверхностей выполняются с такими отклонениями, которые обеспечивают в соединении достаточные зазоры.

В зависимости от вида центрирования предусматривается три вида исполнения шлицевых валов А, В и С. Шлицевые валы в исполнении А и С изготавливаются при центрировании по внутреннему диаметру, а в исполнении В – при центрировании по наружному диаметру и боковым сторонам.

Рис. 20. Виды исполнения шлицевых валов

Центрирование по наружному диаметру D обычно применяется для неподвижных соединений. Реже применяется для подвижных соединений, предназначенных для передачи небольших крутящих моментов, когда для изготовления валов и втулок применяются износостойкие стали.

Центрирование по внутреннему диаметруd целесообразно применять для подвижных соединений и для соединений, предназначенных для передачи больших крутящих моментов, когда шлицевое отверстие подвергается термической обработке. После термической обработки для устранения дефектов, как правило, предусматривается дополнительная чистоваяобработкашлицевогоотверстияшлифованием.

Центрирование по боковым сторонам назначают для неподвижных соединений в тихоходных передачах, передающих большие крутящие моменты, а также при передаче знакопеременных и ударных нагрузок.

Посадки шлицевых соединений по диаметру выполняются в системе отверстия. Это способствует существенному сокращению номенклатуры посадок. Для образования посадок рекомендуется в первую очередь применять поля допусков предпочтительного применения (табл. 6).

Таблица 2 - Поля допусков шлицевых соединений

Шлицевое соединение с параметрами: число шлицов z = 8, внутренний диаметр d = 36 мм, наружный диаметр D = 40 мм, ширина шлица b = 7 мм.

При центрировании по наружному диаметру D D - 8×36×40H7/f7×7F18/f7;

при центрировании по внутреннему диаметру d d - 8×36H7/e8×40H12/a11×7D9/h9;

при центрировании по боковым сторонам b b - 8×36×40H12/a11×7D9/f8.

6.3.2. Эвольвентные шлицевые соединения

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев имеют существенные преимущества перед прямобочными: они могут передавать большие крутящие моменты, имеют меньшую концентрацию напряжений у основания зубьев, повышенную циклическую долговечность, обеспечивают лучшее центрирование, проще в изготовлении.

ГОСТ 6033-80 устанавливает исходный контур, форму зубьев, формулы для расчета основных параметров, а также допуски и посадки эвольвентных шлицевых соединений с углом профиля 30°. Форма и виды центрирования эвольвентных шлицов приведены на рис. 21.

Так же, как и для прямобочных шлицевых соединений предусмотрено три вида центрирования: центрирование по боковым поверхностям, по наружному и внутреннему диаметрам. Чащевсегоприменяетсяцентрированиепобоковымповерхностям(см. рис. 21,а), реже по наружному диаметру (см. рис. 21,б), а центрирование по внутренненму диаметру не рекомендовано к применению. Допуски и посадки при центрировании по внутреннему диаметру приводятсявприложениикстандарту.