ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Расчет и выбор допусков и посадок подшипников качения

Общие сведения о подшипниках качения

Типы подшипников по виду трения. В общем случае под подшипником понимают опору или направляющую, которая определяет положение движущейся части относительно других частей механизма (ГОСТ 24955—81. Подшипники качения. Термины и определения).

Подшипники различаются прежде всего по принципу работы, а именно по виду трения. В современном машиностроении используются подшипники скольжения и качения.

Подшипник скольжения — подшипник, в котором видом относительного движения является скольжение (ГОСТ ИСО 4378-1—2001. Подшипники скольжения. Термины, определения и классификация. Ч. 1. Конструкция, подшипниковые материалы и их свойства).

Подшипник качения — подшипник, работающий по принципу трения качения (ГОСТ 24955—81). Подшипник качения представляет собой готовое стандартное изделие (изготавливаемое на специализированном заводе), которое устанавливается в механизм или машину без дополнительной доработки.

Детали и элементы подшипника качения. Конструктивно подшипник качения, как правило, включает четыре основных элемента, представленных на рис. 6.1:

  • 1) наружное кольцо 1, устанавливаемое обычно в корпусе;
  • 2) внутреннее кольцо 4, обычно насаживаемое на цапфу вала;
  • 3) тела качения 2 (шарики или ролики), обкатывающиеся при работе подшипника по беговым дорожкам наружного 1 и внутреннего 2 колец;
  • 4) сепаратор 3, разделяющий тела качения 2 друг от друга.

Наружное кольцо подшипника качения — деталь подшипника качения, имеющая на внутренней поверхности дорожку качения. В зависимости от конструктивного исполнения различают наружные кольца:

  • • с одной или несколькими дорожками качения;
  • • с бортом или фланцем на наружной поверхности кольца для крепления подшипника;
  • • со сферической наружной поверхностью;
  • • с канавкой для заполнения подшипника телами качения и др.
Основные элементы подшипников качения

Рис. 6.1. Основные элементы подшипников качения:

а — шарикового; б — роликового; в — упорного шарикового; 1 — наружное кольцо; 2 — тело качения; 3 — сепаратор; 4 — внутреннее кольцо;

5 — свободное кольцо; 6 — тугое кольцо

Внутреннее кольцо подшипника качения — деталь подшипника качения с цилиндрическим или коническим отверстием, имеющая на наружной поверхности дорожку качения. В зависимости от конструктивного исполнения внутренние кольца так же, как и наружные, различают:

  • • с одной или несколькими дорожками качения;
  • • с канавкой для заполнения подшипника телами качения и др.

Тело качения — деталь подшипника качения, обеспечивающая взаимное перемещение сопряженных с ней поверхностей по принципу качения. В качестве тел качения применяют шарики или ролики.

Сепаратор подшипника качения — составная часть подшипника качения, удерживающая тела качения на определенном расстоянии друг от друга. Сепараторы подшипников качения нормальной точности изготовляют в основном штампованными и центрируют на телах качения. Массивные сепараторы в основном центрируются по бортам наружных колец.

Свободное кольцо — деталь упорного или упорно-радиального подшипника качения, предназначенная для посадки в корпус и имеющая зазор с валом, на торцевой поверхности которой имеется дорожка качения.

Тугое кольцо — деталь упорного или упорно-радиального подшипника качения, монтируемая на вал и имеющая зазор с корпусом, на торцевой поверхности которой с одной или двух сторон имеются дорожки качения.

Термины и определения, относящиеся к подшипникам качения и их элементам, установлены ГОСТ 24955—81 «Подшипники качения. Термины и определения». Основные размеры подшипников качения регламентированы ГОСТ 3478—2012 «Подшипники качения. Присоединительные размеры»; допуски и предельные отклонения размеров подшипников качения — ГОСТ 25256—2013 «Подшипники качения. Допуски. Термины и определения»; классы подшипников, методы контроля точности отдельных колец и собранных подшипников, показатели обязательного ресурса, технические требования на материалы и термообработку, шероховатость присоединительных поверхностей, тел качения и дорожек качения — ГОСТ 520—2011 «Подшипники качения. Общие технические условия» (см. приложение В пособия). Интервалы (поля) допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов стандартизованы в ГОСТ 3325—85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки».

Диаметры тел качения и их число определяются по следующим формулам:

• для радиальных подшипников:

при d < 45 мм

при d > 45 мм

где Dw — диаметр тела качения, мм; D — номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца; d — номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца; Z — число шариков или роликов в однорядном подшипнике, а также число тел качения в одном ряду многорядного подшипника при одинаковом числе их в каждом ряду;

• для двухрядных сферических подшипников

Материалы подшипников качения. По материалу изготовления тел качения различают подшипники:

  • • стальные;
  • • гибридные (с керамическими или другими роликами или шариками и сальными кольцами).

Наружное и внутреннее кольца и тела качения изготавливаются из горячекатаной подшипниковой стали марок ШХ15, ШХ16СТ (ГОСТ 801—78), ШХ20СТ, 18ХГТ и 20Х2Н4А (по специальным техническим условиям).

Классификация подшипников качения представлена на рис. 6.2.

По форме и размеру тела качения подшипники делятся на шариковые и роликовые.

В зависимости от размеров и формы различают ролики:

  • короткие цилиндрические, у которых отношение длины к диаметру меньше или равно 2,5;
  • длинные цилиндрические, у которых отношение длины к диаметру больше 2,5;
  • игольчатые цилиндрические ролики диаметром не более 6 мм и длиной в 3—10 раз больше диаметра, с торцами различной формы;
  • конические;
  • сферические;
  • сфероконические;
  • бочкообразные (симметричные и асимметричные);
  • витые;
  • полые (дополнительный признак классификации, на рис. 6.2 не представлен);
  • • с вогнутой образующей и др. (дополнительный признак классификации, на рис. 6.2 не представлен).

По направлению действия воспринимаемой нагрузки подшипники делятся на следующие виды:

  • радиальные, воспринимающие только радиальную нагрузку (роликоподшипники с цилиндрическими роликами, однорядные шарикоподшипники с канавкой для ввода шариков) или небольшую осевую нагрузку (шарикоподшипники однорядные, шарико- и роликоподшипники двухрядные сферические);
  • упорные, воспринимающие преимущественно осевую нагрузку, действующую вдоль оси вращения подшипника;
  • радиально-упорные, воспринимающие комбинированную нагрузку, одновременно действующую на подшипник в радиальном и осевом направлениях, причем преобладающей может быть как радиальная, так и осевая нагрузка;
  • упорно-радиальные, воспринимающие в основном осевую нагрузку и небольшую радиальную нагрузку.
Основные классификационные признаки подшипников качения

Рис. 6.2. Основные классификационные признаки подшипников качения

Следует отметить, что такое деление подшипников (по направлению действия воспринимаемой нагрузки) носит условный характер, поскольку некоторые типы радиальных подшипников (например, шариковые радиальные однорядные) успешно применяются для восприятия не только комбинированных, но и чисто осевых нагрузок, а упорно-радиальные подшипники обычно используются только для восприятия осевых нагрузок.

По числу (количеству) рядов тел качения подшипники подразделяются на одно-, двух-, четырех- и многорядные.

По основным конструктивным признакам подшипники качения делятся на следующие группы:

  • самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся;
  • • с цилиндрическим и конусным отверстием внутреннего кольца;
  • с защитными шайбами или специальными уплотнениями (дополнительный признак классификации, на рис. 6.2 не представлен);
  • одинарные и двойные.

По количеству одинарных подшипников при монтаже дополнительно различают комплекты:

  • сдвоенные;
  • строенные;
  • счетверенные и др.

По габаритам подшипники делят на размерные серии:

  • по радиальным габаритам предусмотрено семь серий: сверхлегкая (две серии), особолегкая (две серии), легкая, средняя и тяжелая. Наиболее распространены подшипники легкой и средней серий;
  • по ширине — пять серий: особоузкая, узкая, нормальная, широкая и особоширокая.

По грузоподъемности (дополнительный признак классификации, на рис. 6.2 не представлен) подшипники качения классифицируют на семь серий:

  • • сверхлегкая серия диаметров 8, серия ширин 1;
  • • сверхлегкая серия диаметров 9, серия ширин 1;
  • • особо легкая серия диаметров 1, серия ширин 7;
  • • особо легкая серия диаметров 1, серия ширин 0;
  • • легкая серия диаметров 2, серия ширин 0;
  • • средняя серия диаметров 3, серия ширин 0;
  • • тяжелая серия.

Специальные подшипники качения. Находят применение специальные подшипники качения, которые, как правило, имеют нестандартные размеры или конструкцию, а зачастую и то, и другое. Они применяются в условиях, где по ряду причин невозможно использовать стандартные или модифицированные подшипники.

Преимущества и недостатки подшипников качения. При одинаковой грузоподъемности подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения имеют как преимущества:

  • • меньшее трение в момент пуска и при умеренных частотах вращения;
  • • меньшие в 2—3 раза осевые габариты;
  • • относительная простота обслуживания и подачи смазки;
  • • низкая стоимость (особенно при массовом производстве подшипников качения малых и средних габаритов);
  • • малая амплитуда колебания сопротивления вращению в процессе работы механизма;

так и недостатки:

  • • большие радиальные габаритные размеры;
  • • большее сопротивление вращению при работе на высоких частотах вращения по сравнению с подшипниками скольжения, работающими в условиях жидкой смазки[1] [3];
  • • в ряде случаев меньшая жесткость, так как подшипники качения могут вызвать вибрацию вала вследствие ритмичного прокатывания тел качения через нагруженную зону опоры;
  • • более сложный монтаж опор на подшипниках качения по сравнению с опорами на подшипниках скольжения разъемного типа [56].

Краткая характеристика основных типов подшипников качения. Схемы основных типов подшипников представлены на рис. 6.3. Кратко рассмотрим характеристики основных типов подшипников, систематизированных по справочнику [56].

Стандартизованные варианты конструктивного исполнения подшипников качения

Рис. 6.3. Стандартизованные варианты конструктивного исполнения подшипников качения:

а — шариковых радиальных однорядных (например, подшипник 206 ГОСТ 8338—75); б — роликовых радиальных с короткими цилиндрическими роликами (например, подшипник 2206 ГОСТ 8328—75); в — роликовых радиальных сферических двухрядных (например, подшипник 3506 ГОСТ 5721—75); г — шариковых радиальных сферических двухрядных (например, подшипник 1506 ГОСТ 28428—90); д — роликовых радиальноупорных конических однорядных (например, подшипник 1027306А ГОСТ 27365—87); е — роликовых радиальных игольчатых однорядных (например, подшипник 4024905 ГОСТ 4657—82); ж — шариковых радиально-упорных однорядных (например, подшипник 66206 ГОСТ 831—75)

Шариковые радиальные однорядные подшипники (рис. 6.3, а) предназначены для восприятия радиальной нагрузки и ограниченной осевой в обе стороны. Эти подшипники наиболее распространены в машиностроении. Характеризуются сравнительно малыми радиальной и особенно осевой жесткостью, не рекомендуются для применения в узлах, требующих точной фиксации валов.

Роликовые радиальные подшипники качения с короткими цилиндрическими роликами (рис. 6.3, б) предназначены для восприятия только радиальной нагрузки. Изготавливают также подшипники с дополнительным буртом на внутреннем или наружном кольце. Эти подшипники могут воспринимать кроме радиальной и ограниченную осевую нагрузку; допускают раздельный монтаж внутреннего (с комплектом роликов) и наружного колец подшипника; обладают большей радиальной грузоподъемностью, чем радиальные шарикоподшипники; чувствительны к перекосам осей колец. Применяются с жесткими валами и в корпусах, посадочные поверхности которых имеют малые отклонения от соосности.

Роликовые радиальные сферические двухрядные подшипники (рис. 6.3, в) предназначены в основном для работы под радиальными нагрузками, но могут одновременно воспринимать и осевую нагрузку, действующую в обоих направлениях и не превышающую 25 % неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Могут работать и при чисто осевом усилии, однако в этом случае воспринимать нагрузку будет лишь один ряд роликов. Обладают значительно более высокой грузоподъемностью, чем равногабаритные сферические шарикоподшипники. Допустимые частоты вращения значительно ниже, чем у подшипников с короткими цилиндрическими роликами. Этот тип подшипников имеет два ряда бочкообразных роликов. Дорожка качения на наружном кольце обработана по сфере. Применяются в тяжелонагруженных многоопорных валах; в двухопорных валах, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок (в частности, в валах с нагрузкой на консоли); в узлах, в которых технологически не обеспечивается строгая соосность посадочных мест (при установке подшипников в отдельных корпусах), и т. д.

Шариковые радиальные двухрядные сферические подшипники (рис. 6.3, г) предназначены для восприятия радиальной нагрузки, но могут воспринимать и ограниченные осевые нагрузки любого направления, допускают значительные (от 2 до 3°) перекосы внутреннего кольца (вала) относительно наружного кольца (корпуса). Применяются в узлах с нежесткими валами и в конструкциях, в которых не может быть обеспечена надлежащая соосность отверстий корпусов.

Роликовые радиально-упорные однорядные подшипники с коническими роликами (рис. 6.3, д) предназначены для восприятия одновременно действующих радиальной нагрузки и односторонней осевой. Чувствительны к перекосам. Подшипники выпускают с углами конусности а от 11 до 16° и от 22 до 29°. Для восприятия двухсторонних осевых нагрузок применяют подшипники в паре. Пару подшипников качения рекомендуется устанавливать в одной опоре, фиксирующей вал. В узле с радиально-упорными роликовыми подшипниками должна быть предусмотрена регулировка осевого зазора подшипников. По сравнению с шариковыми радиально-упорными подшипниками эти подшипники отличаются большей грузоподъемностью, меньшей точностью вращения и предельной частотой вращения, низкой стоимостью. Допустим раздельный монтаж наружного и внутреннего колец с комплектом роликов.

Роликовые радиальные игольчатые подшипники (рис. 6.3, е) предназначены для восприятия только радиальных нагрузок. Обладают относительно меньшими габаритными размерами в радиальном направлении по сравнению с подшипниками других типов при одинаковых с ними диаметрах отверстия и грузоподъемности. Монтаж внутреннего и наружного колец с комплектом игольчатых роликов обычно производят раздельно. На наружном кольце предусмотрены отверстия для подачи смазки к иглам. Осевое перемещение вала игольчатыми подшипниками не ограничивается. Перекос внутреннего кольца (вала) относительно наружного кольца недопустим, так как ведет к нарушению линейного контакта игл с дорожками качения. Этот тип подшипников применяется в опорах, размеры которых ограничены в диаметральном направлении. Особенно широко роликовые радиальные игольчатые подшипники применяются для работы в режиме качатель- ного движения.

Шариковые радиально-упорные подшипники качения (рис. 6.3, ж) предназначены для восприятия радиальной и односторонней осевой нагрузок. Допустимая осевая нагрузка для подшипника зависит от номинального угла контакта шариков с кольцами. Выпускают подшипники с различными углами контакта а (12°, 26°, 36°). Подшипники с большими углами контакта предназначены для восприятия больших осевых нагрузок, подшипники чувствительны к перекосам. Для восприятия двухсторонних осевых нагрузок применяют подшипники в паре. Пару подшипников качения с большим углом контакта рекомендуется устанавливать в одной опоре, фиксирующей вал. В узле с радиальноупорными подшипниками должна быть предусмотрена регулировка осевого зазора подшипников.

Шариковые упорные одинарные подшипники (на рис. 6.3 не показаны) предназначены для восприятия односторонней осевой нагрузки. Очень чувствительны к перекосам, допускают значительно меньшие окружные скорости по сравнению с другими типами шарикоподшипников, так как дорожки качения могут воспринимать лишь ограниченные центробежные нагрузки, возникающие при движении шариков. Поэтому этот тип подшипников применяют при небольших частотах вращения.

Классы точности подшипников качения. Качество подшипников качения при прочих равных условиях определяется:

• точностью присоединительных размеров d, D, ширины колец В (рис. 6.4, а), а для роликовых радиально-упорных подшипников и точностью монтажной высоты Т (рис. 6.4, б);

Основные размеры шарикового радиального (а) и роликового конического (б) однорядных подшипников

Рис. 6.4. Основные размеры шарикового радиального (а) и роликового конического (б) однорядных подшипников:

а — эскиз шарикового радиального однорядного подшипника; б — эскиз роликового конического однорядного подшипника; d — номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца; D — номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца; В — номинальная ширина подшипника (номинальная ширина внутреннего кольца); г — номинальная координата монтажной фаски; г, — координата монтажной фаски со стороны широкого торца внутреннего кольца; г2 — координата монтажной фаски со стороны широкого торца наружного кольца; С — номинальная ширина наружного кольца; Т — номинальная монтажная высота подшипника; а — номинальный угол контакта дорожки качения наружного кольца;

Е — номинальный диаметр дорожки качения наружного кольца

  • • точностью формы и взаимного расположения поверхностей колец подшипников и их шероховатостью;
  • • точностью формы и размеров тел качения в одном подшипнике и шероховатостью их поверхностей;
  • • точностью вращения, характеризуемой радиальным и осевым биениями дорожек качения и торцов колец.

В зависимости от указанных показателей точности для подшипников с внутренним диаметром от 0,6 до 2000 мм в ГОСТ 520—2011 установлены следующие классы точности, указанные в порядке повышения их точности:

• нормальный, 6, 5, 4, 2, Т — для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;

  • • нормальный, 6, 5, 4, 2 — для упорных, упорно-радиальных подшипников (без изменения, как и было в ГОСТ 520—2009);
  • • 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2 — для роликовых конических.

В ГОСТ 520—2011 в дополнение к перечисленным выше классам точности подшипников установлены 8-й и 7-й классы точности — ниже нулевого класса точности. Их изготовляют по заказу потребителей и применяют в неответственных узлах. В зависимости от наличия требований по уровню вибрации или уровня других дополнительных требований установлены три категории подшипников: А, В, С.

При выборе подшипников качения следует ориентироваться на нулевой или шестой классы точности, применимые для большинства механизмов общего назначения. Более высокие классы точности применяют при больших частотах вращения и в случаях, когда требуется высокая точность вращения вала (например, для шпинделей шлифовальных и других прецизионных станков, для авиационных двигателей и приборов) . В гироскопических и других прецизионных приборах и машинах используют подшипники класса точности 2.

Класс точности указывается через тире перед условным обозначением подшипника: например, А125—205, где А — категория подшипника; 1 — ряд номера; 2 — группа радиального зазора; 5 — класс точности; 205 — основное обозначение подшипника (номер). Часто встречается и старое обозначение: например, 6—205 (для категории С).

  • [1] На скоростные характеристики подшипников скольжения влияет трение скольжения, возникающее между сепаратором, отделяющим тела качения один от другого,и рабочими элементами подшипников. Поэтому при создании высокоскоростныхмашин прибегают к установке подшипников скольжения, работающих в условиях жидкой смазки, несмотря на значительные трудности в их эксплуатации.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >