3 Расчет и выбор посадок подшипников качения

3.1 При циркуляционном нагружении колец подшипников выбор посадки производится по F_r, кН/м - интенсивности радиальной нагрузки на посадочной поверхности или по величине минимально допустимого натяга [N_min].

Интенсивность нагрузки подсчитывается по формуле

, (1)

где F_r - радиальная реакция опоры на подшипник, кН;

b - рабочая ширина посадочного места, м; (b = B – 2r);

В - ширина подшипника;

r - радиус закругления или ширина фаски кольца подшипника;

К₁ - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (см. таблицу 3);

К₂ - коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале, или тонкостенном корпусе (см. таблицу 4);

К₃ - коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки R между рядами роликов в двухрядных конических роликоподшипниках или сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки А на опору (см. таблицу 5).

Таблица 3-Динамический коэффициент посадки

Характер нагрузки	К1
Нагрузка с умеренными толчками и вибрацией. Перегрузка 150%.	1,0
Нагрузка с сильными ударами и вибрацией. Перегрузка 300%.	1,8

Таблица 4-Коэффициент учитывающий ослабления посадочного натяга

или		Значения коэффициента К2
		вала			корпуса
свыше	до	1,5	> (1,5…2,0)	< (2…3)	для всех подшип-ников
-	0,4	1,0	1,0	1,0	1,0
0,4	0,7	1,2	1,4	1,6	1,0
0,7	0,8	1,5	1,7	2,0	1,4
0,8	-	2,0	2,0	3,0	1,8

d_отв. - диаметр отверстия полого вала;

D_корп. – диаметр наружной поверхности корпуса.

Таблица 5-Коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки

		К3
свыше	до
-	0,2	1,0
0,2	0,4	1,2
0,4	0,6	1,4
0,6	1,0	1,6
1,0	-	2,0

Допускаемые значения Р_r для различных посадок приведены в таблице 6.

Таблица 6-Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочных поверхностях валов и отверстиях корпусов

Диаметр d отверстия внутреннего кольца, мм		Допускаемые значения Рr, кН/м
		Поля допусков для валов
свыше	до	js5 илиjs6	k5 или k6	m5 или m6	n5 или n6
18	80	До 300	300…1350	1350…1600	1600…3000
80	180	- //- 550	550…2000	2000…2500	2500…4000
180	360	- //- 700	700…3000	3000…3500	3500…6000
360	630	- //- 900	900…3400	3400…4500	4500…8000
Диаметр D наружного кольца, мм		Поля допусков для отверстий в корпусах
		К7	М7	N7	Р7
50	180	До 800	800…1000	1000…1300	1300…2500
180	360	-//-1000	1000…1500	1500…2000	2000…3300
360	630	-//-1200	1200…2000	2000…2600	2600…4000
630	1600	-//-1600	1600…2500	2500…3500	3500…5500

Когда выбрать один или несколько коэффициентов невозможно, то определяют посадку внутреннего кольца с валом по минимальному допустимому натягу, который приближенно рассчитывается по формуле:

, (2)

где [N_min] – наименьший допустимый натяг, обеспечивающий прочность соединения, мм;

F_r – радиальная реакция в опоре, кН;

k - коэффициент, характеризующий серию подшипника (принимается приближенно для подшипников легкой серии – 2,8; средней серии – 2,3; тяжелой серии – 2,0).

По найденному значению [N_min] выбирают поле допуска из числа предусмотренных для циркуляционно нагруженных колец (таблица 1 и 2) с учетом отклонения отверстия кольца подшипника по таблице 7 (см. ниже пример расчета).

Таблица 7-Предельные отклонения диаметров колец шариковых или роликовых подшипников (по ГОСТ 3325-85)

Номинальные размеры dm, мм	Классы точности
	0		6		5		4
	Предельные отклонения среднего диаметра dm внутреннего кольца, мкм
	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее
Св.10 до 18	0	-8	0	-7	0	-5	0	-4
18 30	0	-10	0	-8	0	-6	0	-5
30 50	0	-12	0	-10	0	-8	0	-6
50 80	0	-15	0	-12	0	-9	0	-7
80 120	0	-20	0	-15	0	-10	0	-8
120 180	0	-25	0	-18	0	-13	0	-10
180 250	0	-30	0	-22	0	-15	0	-12
250 315	0	-35	0	-25	0	-	-	-
Номинальные размеры Dm, мм	Классы точности
	0		6		5		4
	Предельные отклонения среднего диаметра Dm наружного кольца, мкм
	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее
Св.18 до 30	0	-9	0	-8	0	-6	0	-5
30 50	0	-11	0	-9	0	-7	0	-6
50 80	0	-13	0	-11	0	-9	0	-7
80 120	0	-15	0	-13	0	-10	0	-8
120 150	0	-18	0	-15	0	-11	0	-9
150 180	0	-25	0	-18	0	-13	0	-10
180 250	0	-30	0	-20	0	-15	0	-11
250 315	0	-35	0	-22	0	-18	0	-13

3.2 Во избежание разрыва кольца выбранную посадку следует проверить на прочность разрыва, чтобы максимальный натяг N_max посадки не превышал значения, допускаемого прочностью кольца [N]

, (3)

где [_р] - допускаемое напряжение на растяжение, МПа (для подшипниковой стали [_р]  400 МПа);

3.3 При назначении больших натягов, следует сделать проверочный расчет на наличие радиального зазора между кольцами и телами качения. Существует три вида зазоров: начальный S_н, посадочный S_n, рабочий S_р. Начальный зазор имеет подшипник после изготовления. Посадочный зазор появляется после посадки подшипника на вал и в корпус редуктора. И рабочий зазор получается при установившемся режиме работы.

Наличие посадочного зазора S_n, мкм, у подшипников определяется по формуле:

или , (4)

где S_н.m. – начальный средний зазор (см. табл. 8);

d ;D - диаметральная деформация беговой дорожки кольца после посадки его на сопрягаемую деталь.

Таблица 8-Начальные радиальные зазоры в подшипниках качения

Допускаемые предельные начальные зазоры Sн, мкм
Радиальных однорядных шариковых			Радиальных с короткими цилиндрическими роликами
Внутренний диаметр d подшипника, мм	Зазор		Внутренний диаметр D подшипника, мм	Зазор
	Sн min	Sн max		Sн min	Sн max
Св. 10 до 18	8	24	Св. 24 до 30	15	45
18 24	10	24	30 40	20	55
24 30			40 50
30 40	12	26	50 65	25	65
40 50	12	29	65 80	30	70
50 65	13	33	80 100	35	80
65 80	14	34	100 120	40	90
80 100	16	40	120 140	45	100
100 120	20	46	140 160	50	115
120 140	23	53	160 180	60	125
140 160	23	58	180 200	65	135
160 180	24	65	200 225	75	156
180 200	25	72	225 280	80	170

При посадке внутреннего кольца на вал

, (5)

при посадке наружного кольца в корпус

, (6)

где N_эф – эффективный натяг, мкм; N_эф = 0,85N_max (N_max – табличный или измеренный натяг выбранной посадки);

d₀ и D₀ – приведенные диаметры наружного и внутреннего колец, мм, определяемые по формулам

; или . (7)

Величина радиального посадочного зазора S_n должна быть положительной, отрицательное значение говорит о наличии натяга.

При выборе посадки наружного кольца в корпус пользоваться рекомендациями таблицы 9. При назначении посадок следует предусматривать условия для облегчения монтажа и демонтажа с отсутствием возможностей повреждений деталей подшипникового узла.

Таблица 9-Примеры выбора полей допусков отверстия в корпусе для установки наружного кольца

Условия выбора посадок			Поля допусков	Примеры применения
Вращается вал или корпус	Вид нагружения	Режим работы
Вращается корпус	Циркуляционное	Тяжелый	Р7	Передние и задние колеса автомобилей и тракторов
		Нормальный	М7; К7	Ролики ленточных транспортеров, натяжные ролики, сельско-хозяйственные машины
		Нормальный или тяжелый	N7; М6; К6	Ролики рольгангов, ходовые колеса мостовых кранов

Продолжении таблицы 9

Вращается вал	Местное	Нормальный	Js6; Js7	Вентиляторы, центрифуги, подшипники шпинделей металлорежущих станков
		Нормальный или тяжелый	М7; К7; Js7	Конические роликоподшипники коробок передач, задних мостов автомобилей и тракторов
			Н7	Большинство подшипников общего назначения машиностроения, редукторы, железнодорожные и трамвайные буксы
	Местное или колебательное		К6; Js6	Подшипники шпинделей шлифовальных станков, коренные подшипники коленчатых валов двигателей
		Легкий или нормальный	К7; Js7	Трансмиссионные валы и узлы, не требующие точного вращения, сельскохозяйственные машины