Выбор посадок подшипников качения на валы и в корпус.

Подшипники качения поставляются как готовые изделия и характер сопряжения их колец в опоре обеспечивают выбором соответствующих отклонений размеров валов и отверстий корпусов. При выборе посадок учитывают:

1) условия нагружения кольца;

2) характер и направление нагрузки;

3) режим работы (легкий, нормальный, тяжелый);

4) тип подшипника; способ регулирования и другие факторы.

Согласно ГОСТ 3325-55 различают три основные вида нагружения колец: местное, циркуляционное, колебательное.

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению результирующую радиальную нагрузку F_r (натяжение приводного ремня, тяжести конструкции и т.д.) лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передает её соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такой нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки (внутреннее кольцо на рис.2.2. а, наружное – на рис.2.2. б).

При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает результирующую радиальную нагрузку F_r последовательно всей окружностью дорожки качения и передает её всей посадочной поверхности вала либо корпуса. Такое нагружение кольца получается при его вращении и постоянно направленной нагрузке F_r или, наоборот, при радиальной нагрузке F_с, вращающейся относительно рассматриваемого кольца (внутреннее кольцо на рис.б, наружное кольцо – на рис а). При этом вращается кольцо, либо нагрузка.

При колебательном нагружении невращающееся кольцо воспринимает равнодействующую F_(r+c) двух радиальных сил (F_r постоянна по направлению, F_с – вращается, причем F_r > F_с) ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса. Равнодействующая нагрузка F_(r+c) совершает полного оборота, а колеблется между двумя точками А и В (рис.2.2. и). Колебательное нагружение испытывает наружное кольцо (рис.2.2. в) и внутреннее кольцо (рис.2.2. г, д).

Рис. 2.2. Схемы нагружения колец подшипников качения.

Эпюры напряжений при местном и циркуляционном нагружениях показаны на рис ж, з, круговая диаграмма изменения равнодействующей силы F_(r+c) при колебательном нагружении на рис.и. Эпюры напряжений связаны с контактными и касательными напряжениями в зоне контакта, которые не должны превышать своих критических значений, соответствующих пределу выносливости, что создает предпосылки для обеспечения работоспособности подшипника.

Если нагрузка F_r постоянного направления меньше вращающейся F_с, то нагружение может быть местным или циркуляционным в зависимости от схемы приложения сил (на рис.а показано местное нагружение на внутреннем кольце и циркуляционное на наружном кольце; на рис. б циркуляционное нагружение на внутреннем кольце, местное – на наружном).

Режим работы характеризуют отношением эквивалентной нагрузки Р к базовой динамической грузоподъемности С. При Р/С≤ 0, 07 режим условно считается легким, при 0, 07< Р/С≤ 0, 15 – нормальным, при 0, 15< Р/С≤ 0, 5 – тяжелым.

Посадки следует выбирать так, чтобы вращающееся кольцо подшипника было смонтировано с натягом, исключающим возможность обкатки и проскальзывания этого кольца по посадочной поверхности вала или отверстия в корпусе в процессе работы под нагрузкой, развальцовки посадочных поверхностей и контактной коррозии; другое кольцо должно быть установлено с зазором. Следовательно, при вращающемся вале соединение внутреннего кольца с валом должно быть неподвижным, а наружное кольцо установлено в корпусе с незначительным зазором и наоборот.

Посадку с зазором назначают для кольца, которое испытывает местное нагружение. При такой посадке устраняется заклинивание тел качения (шариков), кольцо под действием толчков и вибрации постепенно проворачивается по посадочной поверхности, благодаря этому происходит равномерный износ беговой дорожки.

Посадку с натягом назначают преимущественно для кольца, которое испытывает циркуляционное нагружение. Наличие зазора при таком нагружении может привести к развальцовыванию и истиранию металла сопряженной детали, что недопустимо.

При циркуляционном нагружении колец подшипников посадки выбирают по интенсивности радиальной нагрузки р_R на посадочную поверхность Допускаемые значения р_R приведены в таблицах 2.1. и 2.2.

(2.1.)

где F_r – радиальная нагрузка опоры на подшипник, кН;

k₁ - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки;

при перегрузке до 150 %, умеренных толчках и вибрации k₁ = 1;

при перегрузке до 300 %, сильных толчках и вибрации k₁ = 1, 8.

k₂ – учитывает степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе; при сплошном вале он равен 1(для полого вала см. таблицы 2.3.)

k₃ - учитывает неравномерность распределения F_r (радиальной нагрузки). Для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом k ₃ =1

b = B – 2r (В -ширина подшипника; r – координата монтажной фаски внутреннего или наружного кольца подшипника)

С увеличением радиальной нагрузки возрастает р_R и, следовательно, натяг в посадках.

Таблица 2.1.

Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочные поверхности вала.

Таблица 2.2.

Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочные поверхности корпуса.

Таблица 2.3.

Значения коэффициента k₂

или	Значения коэффициента k2
для вала	для корпуса
свыше	до				для всех подшипников
—	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, 7	1, 2	1, 4	1, 6	1, 0
0, 8	-	2, 0	2, 3	3, 0	1, 8

В посадках подшипников классов 0 и 6 применяют поля допусков квалитета 7 для отверстий корпусов и квалитета 6 для валов. Посадки подшипников классов 5 и 4 осуществляют точнее, чем классов 0 и 6, на один квалитет, т.е. применяют для корпусов поля допусков квалитета 6, для валов квалитета 5.

Для большинства подшипников класса точности 0 при местном нагружении наружного кольца основным полем допуска отверстия в корпусе является Н7, а вала при циркуляционном нагружении – к6.

Кольца подшипников при монтаже легко деформируются и принимают форму сопряженных поверхностей, поэтому требования к точности формы и расположению посадочных поверхностей валов, отверстий и базирующих заплечиков должны быть достаточно жесткими.

При выборе классов точности подшипников можно руководствовать следующими общими соображениями: если точность вращения не имеет большого значения и нагрузка и скорости средние, достаточно применения подшипников нулевого класса; подшипники 6-го и5-го классов следует применять в тех соединениях, в которых требуется повышенная точность вращения; подшипники 4-го и особенно 2-го классов точности применяют в регистрирующих точных приборах, а также при весьма высоких скоростях вращения, когда посадки выполняются по 5-му и 6-му квалитетам.

В зависимости от характера нагружения колец подшипника можно рекомендовать поля допусков для валов и отверстий. (табл 2.4.)

Таблица 2.4.

Рекомендуемые поля допусков валов и отверстий (корпусов) для соединения с подшипниками качения.

Вид нагружения кольца	Поля допусков
валов	отверстий
при нагружении
внутреннего кольца	наружного кольца
Местное
Циркуляционное
Колебательное

Поля допусков валов и отверстий для соединения с шарикоподшипниками в зависимости от их классов точности приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5.

Поля допусков валов и отверстий для соединения с подшипниками.

Посадки	Поля допусков валов и отверстий к подшипникам классов точности	Посадки	Поля допусков валов и отверстий к подшипникам классов точности
5, 4 и 2	0 и 6	5, 4 и 2	0 и 6
С натягом для тонкостенных корпусов	—		С зазором		,
Переходные