Обоснование выбора и расчет посадок подшипников качения на валы и отверстий корпусов

Гост 520-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Технические требования» устанавливают пять классов точности подшипников: 0,6,5,4,3. Точность размера подшипника определяется допускаемыми отклонениями диаметра цилиндрического отверстия и ширины кольца для внутреннего кольца, отклонениями наружного диаметра и ширины кольца для наружного кольца, отклонениями формы и расположения колец и тел вращения. Нормируется также шероховатость посадочных и торцовых поверхностей колец подшипника.

Основное отклонение посадочных мест колец подшипников обозначается буквой L для диаметра отверстия внутреннего кольца и буквой l обозначается основное отклонение наружного кольца. Для среднего диаметра отверстия внутреннего кольца подшипника установлены поля допусков L0, L6, L5, L4, L2. Для среднего диаметра кольца установлены поля допусков l0, l6, l5, l4, l2.

Посадки колец подшипников качения (шариковых, роликовых) на валы и в корпусы выбирают по ГОСТ 3325-85. При установке подшипников качения используются все три вида посадок по характеру сопряжения, т.е. посадки с зазором, с натягом и переходные. Выбор характера сопряжения зависит от вида нагружения, скорости вращения, характера смазки, типа, размеров, класса точности и режима работы подшипника. Определяющим является вид нагружения кольца подшипника. Кольцо подшипника во время работы испытывают различные виды нагружений в виде концентрированной или распределенной нагрузки.

Различают местное, циркуляционное и колебательное нагружения, зависящие от того, какое кольцо подшипника неподвижно, какое вращается и как при этом воспринимается радиальная нагрузка.

Местное нагружения - такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки кольца и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса.

Рекомендуемые поля допусков валов и отверстий корпусов под подшипники качения с местно нагруженными кольцами приведены в табл. 13 в методичке.

Циркуляционными нагружением колец называется такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения последовательно по всей длине, а следовательно, и всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такой вид нагружения возникает, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки или когда нагрузка вращается относительно неподвижного или подвижного кольца. Циркуляционно-нагруженые кольца должно иметь неподвижное соединение с сопрягаемой деталью, для того, чтобы оно не поворачивалось в процессе работы и износ происходил равномерно, так как нагрузка происходит переменно по сопрягаемой поверхности.

При циркуляционном нагружении колец подшипников посадки на вал и в корпус выбирают по величине  - интенсивности радиальной нагрузки на посадочной поверхности кольца.

Где - радиальная реакция опоры на подшипник, b - рабочая ширина посадочного места, (b=B-2r, B - ширина подшипника, r - радиус закругления или ширина фаски кольца подшипника);

 - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки (при нагрузки до 150%, умеренных толчках и вибрации =1; при нагрузки до 300%, сильных ударах и вибрации =1.8); - коэффициент учитывающий степень ослабления посадочного натяга при полом вале или тонкостенном корпусе( =1 по табл. 14); - коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки м/у рядами роликов в 2-х рядных конических роликоподшипниках или м/у сдвоенными шарикоподшипниками при наличии осевой нагрузки на опору принимается [3, табл. 4.91]. Для радиальных и радиально-упорных подшипников с одним наружным или внутренним кольцом =1.

Наибольший натяг выбранной посадки не должен превышать допустимого значения [N], определенного из условий прочности циркуляционно-нагруженного кольца:

Где d - диаметр циркуляционно-нагруженного кольца, мм; - допускаемое напряжение при растяжении, МПа (для подшипников стали = 400 МПа); К - коэффициент принимаемый приближенно для подшипников легкой серии - 2,8, средней - 2,3, тяжелой -2.

Колебательным нагружением кольца наз-ся такой вид нагружения, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременно воздействию радиальных нагру-зок: постоянной по направлению и вращающейся меньшей или равной по значению. /7, стр. 57 - 69/

Исходные данные

Номер подшипника: 305

Серия подшипника: средняя

Внутренний диаметр внутреннего кольца d = 60 мм

Наружный диаметр наружного кольца D = 130 мм

Ширина колец подшипника В = 31 мм

Радиус закругления или ширина фаски кольца подшипника r = 3,5 мм

Радиальная нагрузка F = 3500 Н

Характер нагрузки: спокойная нагрузка, толчки отсутствуют.

Так как вращается шлицевой вал (2), внутреннее кольцо подшипника (11) вращается и действует постоянная по направлению радиальная нагрузка, то внутреннее кольцо нагружено - циркуляционно, а наружное кольцо испытывает местное нагружение.

Для выбора посадки на внутреннее циркуляционно - нагруженное кольцо определяем интенсивность радиальной нагрузки на посадочной поверхности вала по формуле:

;

Где F_r - это радиальная нагрузка на опору, кН;

k₁ - динамический коэффициент посадки, зависящий от характера нагрузки.

k₂ - коэффициент, учитывающий степень ослабления натяга при полом вале и тонкостенном корпусе.

k₃ - коэффициент неравномерности расширения радиальной нагрузки F_r между рядами роликов;

b - рабочая ширина посадочного места,

;

где В-ширина колец подшипника;

r - радиус закругления или ширина фаски кольца подшипника;

k₁=1, т. к. нагрузка спокойная и толчки отсутствуют;

k₂=1, т. к. вал и корпус нормальной конструкции;

k₃=1, т. к. нет осевой нагрузки на опору F_a;

b=B-2r = 31-2*3,5 = 24 м

Согласно таблице 15 для интервала диаметров d=18…80 мм заданным условиям соответствует поле допуска вала - js5. Определяем предельные отклонения вала .

Определяем предельные отклонения для колец подшипника: внутреннее кольцо ; наружное кольцо .

Определяем наибольшие и наименьшие натяги посадки внутреннего кольца на вал

Во избежание разрыва внутреннего кольца определяем допустимое значение [N].

;

K=2,3, т. к. средняя серия;

d=60 мм;

=400 МПа, для подшипниковой стали;

, условие обеспечено.

Посадку наружного кольца подшипника в корпус выбираем по табл. 13. Для спокойной нагрузки без толчков, при неразъёмном корпусе выбираем на отверстие корпуса поле допуска - G6. Определяем предельные отклонения для отверстия корпуса по ГОСТ 25346-89 .

Посадка наружного кольца подшипника в корпус  характеризуется предельными зазорами:

Соединение  с небольшим зазором, что позволяет постепенно проворачивается наружному кольцу в корпусе. Радиальное усилие при этом воспринимается новыми участками дорожки качения кольца, что приводит к равномерному изнашиванию дорожки кольца.

Соединение  с натягом, что исключает возможность обкатки и проскальзывания этого кольца по посадочной поверхности вала и удовлетворяет эксплуатационным требованиям.

Определяем допуск формы  и шероховатость  посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов.

Так как класс точности подшипника качения о:

Для вала:

Для отверстия:

Строим схему расположения полей допусков для соединения с подшипниками качения. Выполняем чертеж подшипникового узла, рабочие чертежи вала и корпуса, указываем обозначение посадок на чертежах, допуски формы и расположения поверхностей, шероховатость посадочных поверхностей вала и отверстия корпуса.