Кочення

ПЛАН:

1 Допуски і посадки підшипників кочення. Класи точності підшипників кочення та їх вибір.

2 Вибір посадок підшипників кочення на вали та у корпуси в залежності від видів навантаження. Особливості системи допусків та посадок для з'єднання підшипників кочення з валами та корпусами; посадка по зовнішньому та внутрішньому кільцям.

3 Умови праці та точність підшипників кочення. Умовні позначення посадок на кресленнях.

Мета заняття: При вивченні матеріалу про допуски і посадки підшипників кочення слід засвоїти особливості розташування полів допусків на приєднувальні розміри внутрішніх і зовнішніх кілець під­шипників. Вивчити види навантажень кілець підшипників. Як по­значаються на кресленнях.

Мета виховна: Підшипники кочення – найбільш розповсюджені стандартні складальні одиниці, виготовлені на спеціалізованих заводах. Вони володіють повною зовнішньою взаємозамінністю по приєднувальних поверхнях, обумовлених зовнішнім діаметром D і внутрішнім діаметром d внутрішнього кільця.

Самостійна робота № 8

Тема: Допуски і посадки підшипників кочення

План: 1 Умови роботи і класи точності.

2 Види навантажень кілець

3 Умови, які визначають характер посадок підшипників на вал, в корпус.

Література: 1, с. 166-170; 2, с. 85-99; заняття № 18, с. 153 - 161

Підшипники кочення є найбільш розповсюдженими стандарт­ними складальними одиницями, які виготовляють на спеціалі­зованих заводах. Вони мають повну зовнішню взаємозамінність за приєднувальними поверхнями, що визначаються зовнішнім діаметром Б зовнішнього кільця та внутрішнім діаметром внутрішнього кільця. Між кільцями та тілами кочення існує не­повна взаємозамінність (кільця та тіла кочення складають селек­тивним методом). Зношені підшипники кочення легко заміню­ються та демонтуються новими в корпусах та на валах.

1 Допуски і посадки підшипників кочення. Класи точності

підшипників кочення та їх вибір

Точність підшипників кочення характеризується точністю їхнього виготовлення і складання. Допуски на виготовлення посадкових поверхонь підшипників не збігаються з допусками за квалітетами, тому для градації точності підшипників кочен­ня встановлені класи точності.

Стандартом ГОСТ 520 передбачено для підшипників ко­чення 5 класів точності, позначених у порядку підвищення точності: Р0, Р6, Р5, Р4, Р2. В позначенні підшипників допу­скається опускати літеру Р, тобто позначати 0, 6, 5, 4, 2.

Клас точності підшипника вказують перед позначенням типу (номера) підшипника, наприклад Р4 - 250. Клас " 0" най­більш розповсюджений в загальному машинобудуванні, тому позначення Р0 чи 0 на підшипниках цього класу не простав­ляють. Приведений приклад позначення підшипника має вид: 205, де 2 - серія підшипника - легка (існують: середня - З, важка - 4 тощо); дві останні цифри, помножені на п'ять, дорі­внюють діаметру отвору внутрішнього кільця підшипника ко­чення (205 - підшипник шариковий радіальний однорядний легкої серії для посадки на вал діаметром 25 мм).

Основні розміри підшипників кочення встановлює ГОСТ 3478, типи та конструктивне виконання -ГОСТ 3395.

Найточніші підшипники класу 2 чи Р2 призначені для:

- гірдоскопічних машин і приладів;

- мікроскопічних приладів, електричних мікромашин;

- прецизійних верстатів.

Підшипники класів 5 і 4 використовують при:

- високих частотах обертання;

- у випадках, коли потрібна висока точність при обертан­нях (наприклад, для шпинделів шліфувальних верстатів);

- в прецизійних металорізальних верстатах.
Приєднувальними поверхнями підшипників кочення є на­ступні (рисунок 1):

D - зовнішній діаметр (зовнішнього кільця);

d - внутрішній діаметр (внутрішнього кільця);

B - ширина кілець

Рисунок 1 - Приєднувальні поверхні підшипників кочення

Dm - середній діаметр зовнішнього кільця підшипника:

Dm =0, 5(D_mах + D_min),

де D_mах ^_ найбільше значення зовнішнього діаметра, вимі­ри в двох крайніх перетинах;

D_{min -} найменше значення зовнішнього діаметра, виміряне в двох крайніх перетинах;

dm - середній діаметр внутрішнього кільця підшипника:

dm = 0, 5(dmах + dmіn),

де dmах - найбільше значення внутрішнього діаметра, вимі­ряне в двох крайніх перетинах;

dmіn - найменше значення внутрішнього діаметра, вимі­ряне в двох крайніх перетинах.

Для розмірів d, dm, D, Dm введені граничні відхилення, що представлені у ГОСТ 3325.

Введення в стандарт граничних відхилень середніх діаметрів dm і Dm викликане особливостями визначення їхньої придатно­сті у складанні, тому що кільця малих типорозмірів підшипни­ків легко деформуються внаслідок малої товщини. Розміри кі­лець підшипників до монтажу і після складання з валами і корпусами не співпадають. Наприклад, кільце підшипника, що має до складання овальність чи розміри, які вийшли за припу­стимі межі, після складання може прийняти правильну геомет­ричну форму і мати розміри, що лежать у межах допуску.

У зв'язку з викладеним, придатними є кільця підшипників, дійсні значення середніх діаметрів яких не виходять за межі значень середніх діаметрів dm і Dm.

2 Вибір посадок підшипників кочення на вали та у корпуси в залежності від видів навантаження

З'єднання підшипників кочення з валами та корпусами ви­конують згідно з ГОСТ 3325.

Діаметри зовнішнього D і внутрішнього d кілець підшипни­ка прийняті за номінальні діаметри основного вала й основно­го отвору.

Тому:

- посадка зовнішнього кільця в корпус здійснюється за си­стемою вала;

- посадка внутрішнього кільця на вал - за системою отвору.
У підшипникових посадках прийняте " перевернуте" щодо нульової лінії розташування поля допуску основного отвору. Тому поле допуску діаметра d підшипника розташоване ниж­че нульової лінії(див. рисунок 1).

Поля допусків посадкових розмірів внутрішніх і зовнішніх кілець підшипників відрізняються як розташуванням, так і величиною від тих, що встановлені для основного вала й отво­ру гладких циліндричних з'єднань. На рисунку 2 приведена схема розташування полів допусків посадкових розмірів під­шипника та спряжених з ним валів і отворів.

Рисунок 2 – Схема розташування полів допусків кілець підшипників та спряжених з ними валів і отворів

Види навантажень кілець

Вибір посадок підшипників кочення проводять із враху­ванням:

- типу;

- розміру;

- класу точності підшипника;

- характеру навантаження;

- режиму роботи підшипникового вузла.

При цьому визначальним є вид навантаження кілець під­шипника.

Розрізняють три види навантажень кілець:

- місцеве;

- циркуляційне;

- коливальне.

Вид навантаження залежить від того:

- яке кільце підшипника нерухоме;

- яке обертається;

- як при цьому діє на підшипник навантаження.

Місцевим навантаженням кільця (М) називається такий вид навантаження, при якому діюче на підшипник радіальне на­вантаження Р _п постійно сприймається однією і тією ж самою обмеженою ділянкою доріжки кочення цього кільця (у межах зони навантаження) і передається відповідній ділянці посадко­вої поверхні вала чи корпусу (рисунок 3 а).

Такий вид навантаження має місце, наприклад, від натягу приводного ременя, сили тяжіння конструкції тощо.

При цьому:

- внутрішнє кільце є нерухомим відносно дії навантаження,
або

- кільце і навантаження беруть участь у спільному обертанні.
Кільця підшипників з місцевим навантаженням потрібно монтувати в підшипниковий вузол із зазором таким чином, щоб кільце під впливом поштовхів і вібрацій поступово про­верталось по посадковій поверхні.

Циркуляційним навантаженням кільця (Ц) називається та­кий вид навантаження, при якому кільце сприймає результу­ючу радіального навантаження Р _п послідовно всією окружніс­тю доріжки кочення і передає її послідовно всій посадковій поверхні вала або отвору корпуса (рисунок 3 б).

Такий вид навантаження виникає, наприклад:

- коли кільце обертається відносно постійного напрямку дії радіального навантаження;

- коли навантаження обертається відносно нерухомого кільця;

- коли навантаження обертається відносно рухомого кільця.
У цьому випадку монтаж підшипника на вал чи в корпус виконують по посадці з натягом, щоб виключити можливість обкатування і проковзування кільця по посадковій поверхні при роботі під навантаженням.

Зазор при циркуляційному навантаженні не допускається.

Посадки призначають за результатами розрахунків із враху­ванням перенавантаження конструкції вала і корпусу, значен­ня діючого навантаження на підшипник, розмірів підшипника тощо.

Коливальним навантаженням кільця (К) називається такий вид навантаження, при якому нерухоме кільце підшипника піддається одночасному впливу двох радіальних сил (наван­тажень), одна з яких є постійною за напрямком (Р _п), а друга обертається (Р b).

Рівнодіюча Р _р сил Р _n і Р b виконує періодичний коливальний рух (подібно маятнику годинника між точками А і В (рисунок 3в), симетричний щодо напрямку постійної сили Р _п.

Коливальне навантаження має місце також у тому випадку, якщо обертова сила Р b менша за величиною, ніж постійна сила Р n: Р b < Р n

Може мати місце випадок Р b > Р n. При цьому:

- кільце, що обертається, має місцеве навантаження;

- нерухоме кільце - циркуляційне.

Посадки на вал при коливальному (К) навантаженні відпові­дають полям допусків при циркуляційному (Ц) навантаженні.

На рисунку 3 показані епюри навантажень кілець підшип­ників.

Рисунок 3 - Епюри навантажень кілець підшипників

Особливості системи допусків та посадок для з'єднання підшипників кочення з валами та корпусами; посадка по зовнішньому та внутрішньому кільцям.

Приклади механізмів:

- з місцевим навантаженням кілець підшипників кочення:

- з обертанням вала:

- циліндри для сушіння паперу в паперововиробних ма­шинах;

- вали трансмісій сільськогосподарських машин;

- електродвигуни, насоси, шпинделі металорізальних верстатів;

- колісні пари трамваїв, потягів.

- з коливальним навантаженням кілець підшипників ко­чення:

- з обертанням вала або вала та корпусу:

- шпинделі металорізальних верстатів;

- шліфувальні шпинделі та невеликі електродвигуни;

- високошвидкісні електродвигуни для обладнання та високоточних приладів.

- з циркуляційним навантаженням кілець підшипників ко­чення:

- з обертанням корпусу:

- ролики стрічкових транспортерів;

- колеса мостових підйомних кранів;

- передні колеса автомобілів, тягачів, колінчасті вали;

- колеса літаків.

-

3 Умови праці та точність підшипників кочення.

Встановлені стандартом поля допусків для валів та отворів корпусів під підшипники розраховані на такі умови:

- вали повинні бути суцільними або пустотілими товстостін­ними;

- матеріал валів - сталь, корпусів - сталь або чавун;

- підшипники при роботі не повинні перегріватися вище 100°С.

При визначенні полів допусків на вал та отвір корпуса від­повідно під внутрішнє та зовнішнє кільце підшипника кочен­ня необхідно враховувати:

- обертається кільце разом із валом або корпусом чи неру­хоме;

- величину, напрямок і характер діючих на підшипник на­вантажень;

- режим роботи;

- тип, розміри та клас точності підшипника.

Вибір посадок кілець підшипників визначається характером їхнього навантаження, яке залежить від наявності обертально­го руху даного кільця відносно діючого на нього радіального навантаження. Під радіальним навантаженням розуміють ре­зультуючу всіх радіальних навантажень.

Посадки для підшипників кочення потрібно вибирати так, щоб:

- одне обертове кільце підшипника, на яке діє циркуляцій­не навантаження, було змонтовано з натягом;

- інше кільце, на яке діє місцеве навантаження, було змон­товано із зазором.

При посадці із зазором для місцево навантажених кілець ви­ключається заклинювання шариків, а кільце, змонтоване з за­зором, під дією поштовхів і вібрацій поступово провертається по посадковій поверхні, що призводить до рівномірного зношення доріжок. Поля допусків валів та отворів під місцево навантаже­ні кільця вибирають з таблиць.

При циркуляційному навантаженні поля допусків слід ви­бирати по інтенсивності радіального навантаження Р _к на поса­дковій поверхні кільця, що характеризується величиною раді­ального навантаження, яке приходиться на одиницю ширини внутрішнього кільця:

де К1 - розрахункова радіальна реакція опори, Н;

b - робоча ширина посадкового місця, мм;

В - ширина підшипника, мм;

для шарикових підшипників b = В - 2 · r;

r - радіус заокруглення кільця підшипника, мм;

для роликових підшипників b = В -(r + r1);

К1 - динамічний коефіцієнт посадки:

К1 =1 - при навантаженні із помірними поштовхами,

перенавантаження до 150%;

К₁ =1, 8 - навантаження із сильними ударами та вібрацією, перенавантаження до 300%;

К₂ - коефіцієнт, що враховує степінь послаблення по­садкового натягу при порожнистому валі чи тонко­стінному корпусі:

К₂ ^- при суцільному валі;

К₂= 1...3 (див. табл. додатку З.Д.27 );

К₃ - коефіцієнт нерівномірності розподілу радіального навантаження між рядами роликів у дворядних ко­нічних роликопідшипниках, чи між подвоєними радіальноупорними шариковими підшипниками, при наявності осьового навантаження на опору;

К₃ =1..2 (див. табл. додатку З.Д.27).

За розрахованою величиною РR і розміром кільця з цирку­ляційним навантаженням за таблицею (див. додаток З.Д.28) знаходять рекомендоване поле допуску розглянутого елемента.

Посадку, призначену для циркуляційно-навантаженого кільця, слід перевірити на наявність посадкового зазору S:

S = S_еm -∆ d1·( ∆ D1);

де S - посадковий радіальний зазор, мм;

S_еm - середній початковий радіальний зазор, що дорівнює напівсумі граничних початкових зазорів:

Sem = 0, 5·(Smах+ Smіn);

∆ d1 - діаметральна деформація доріжки кочення циркуляційно навантаженого внутрішнього кільця після посадки його на вал чи до корпусу, мкм;

∆ D1 - діаметральна деформація доріжки кочення цирку­ляційно навантаженого зовнішнього кільця після посадки його на вал чи до корпусу, мкм:

∆ d1 = Na / d0; ∆ D1= Na / D0;

тут Na - дійсний натяг, мкм, обумовлений найбільшим гра­ничним натягом:

Na =0, 85 Nmах;

d0 - приведений зовнішній діаметр внутрішнього кільця, мм

D0 - приведений внутрішній діаметр зовнішнього кіль­ця, мм:

;

Умовні позначення посадок на кресленнях

Підшипникові посадки відрізняються від посадок гладких і циліндричних з'єднань також і позначеннями на кресленнях.

Отвори в корпусах, що призначені для встановлення в них підшипників 0 і 6 класів точності, слід, як правило, обробля­ти з точністю 7-го квалітету (q _отв = 7), - а вали - 6-го квалітету (q _вала = 6).

Відхилення форми і розташування поверхонь валів і отворів корпусів, що з'єднуються з підшипниками кочення, призво­дять до деформації кілець і порушення нормальної роботи під­шипникового вузла. Тому допуск циліндричності не повинен перевищувати для підшипників:

- Р0, Р6 - 1/4 допуску на розмір Т_р-р;

- Р5, Р4 - 1/8 допуски на розмір Т_р-р;

- допуск биття торців повинен дорівнювати відповідним величинам биттів для циліндричних поверхонь, при цьому відхи­лення овальності та конусності валів і корпусів в місцях вста­новлення підшипників кочення не повинні перевищувати 0, 5 ·Тd чи 0, 5 Т _D.

Шорсткість також обмежена і залежить від:

- номінального розміру;

- класу точності підшипника

і визначається для валів, отворів у корпусі, торців заплечиків.

Шорсткість і точність форми посадкових поверхонь валів і корпусів для з'єднання із шарико — та роликопідшипниками наведена у таблиці 1

Оскільки використання системи отвору для з'єднання внут­рішніх кілець підшипників з валами і системи вала для з'єд­нання зовнішніх кілець з корпусами є обов'язковим, на скла­дальних кресленнях посадки кілець підшипників прийнято позначати одним полем допуску: так, як на рисунку 4

Таблиця 1- Шорсткість і точність форми посадкових поверхонь

а) б)

Рисунок 4 – Позначення посадок підшипників кочення на складальних кресленнях (а) та полів допусків на кресленнях деталей (б)

Контрольні запитання для самоаналізу

1 Класи точності підшипників кочення. Приклади викори­стання.

2 Назвати параметри, в залежності від яких призначають­ся класи точності підшипників кочення.

3 Особливості розташування полів допусків на приєдну­вальні розміри кілець підшипників кочення.

4 Назвати умови, які визначають характер посадок під­шипників на вал, в корпус.

5 Визначити поняття " місцеве", " циркуляційне" та " коли­вальне навантаження".

6 Визначити поняття " інтенсивність радіального наванта­ження".

7 Як позначаються підшипникові посадки на кресленнях.

8 Які поля допусків використовують для посадок підшип­ників кочення на вал, в отвір корпусу.