Шероховатость поверхности для посадки подшипника

Обновлено: 05.10.2024

В холодных машинах подшипники в результате тепловыделения при трении нагреваются, как правило, больше, чем корпус и вал, вследствие чего зазор между внутренней обоймой и валом при работе увеличивается, а зазор между наружной обоймой и корпусом уменьшается, поэтому в данном случае целесообразно назначать более плотные посадки на валу и более свободные в корпусе.

Пусть наружный диаметр подшипника 100 мм, внутренний 50 мм. Рабочая температура подшипника 100°С, вала и корпуса 20°С Коэффициент линейного расширения шарикоподшипниковой стали α = 14·10–6. Подшипник установлен на валу по посадке m6 с диаметральным натягом 25 мкм, а в корпусе — по посадке Н7 с нулевым зазором.

При нагреве внутренний диаметр подшипника возрастает на Δ = ( 100–20)·50·14·10–6 = 0,056 мм.

Таким образом, первоначальный посадочный натяг на валу исчезает; между валом и внутренней обоймой возникает зазор 56—25 = 31 мкм.

Наружный диаметр подшипника возрастает на величину Δ’ = (100–20)·100·14·10–6 = 0,112 мм.

Следовательно, между наружной обоймой и корпусом возникает натяг 112 мкм.

Изменение посадки в корпусе должно быть учтено назначением более свободной посадки. Целесообразно ввести осевую затяжку и на валу, и в корпусе.

На горячих машинах радиальные размеры вала и корпуса изменяются при нагреве в ту же сторону, что и размеры подшипника. Исключение представляет случай, когда корпус нагревается до высоких температур и, особенно, когда корпус выполнен из легких сплавов с высоким значением коэффициента линейного расширения. Здесь надо считаться с возможностью значительного увеличения зазора между наружной обоймой и корпусом.

Пусть подшипник с наружным диаметром 100 мм установлен в корпус из алюминиевого сплава с коэффициентом линейного расширения α = 24·10–6. Рабочая температура подшипника и корпуса 100°С. Подшипник посажен в корпус с диаметральным натягом 20 мкм.

Диаметр посадочного отверстия в корпусе при нагреве возрастает на величину Δ = 100·100·24·10–6 = 0,24 мм, наружный диаметр подшипника — на величину Δ’ = 100·100·14·10–6 = 0,14 мм.

Разность увеличения диаметров 0,24–0,14 = 0,1 мм. Таким образом, первоначальный натяг исчезает; между подшипником и корпусом образуется зазор 100–20 = 80 мкм.

Для сохранения центрирования подшипника в корпусе в данном случае следует изменить первоначальную посадку в корпусе или ввести осевую затяжку.

В точных установках, где необходимо сохранить правильное центрирование при всех условиях работы, применяют способы температуронезависимого центрирования, из которых наиболее эффективным является радиально-лучевое.

Классы посадок

На рис. 796 приведены средние значения диаметральных зазоров и натягов для посадок подшипников по ГОСТ 3325—85.

Приведем ориентировочные области применения посадок (для подшипников классом точности 0, 6, 5).

Посадки подшипников ни вал (система отверстия).

Посадка f6. Легкие нагрузки. Высокие частоты вращения. Плавающие обоймы.

Посадка g6. Легкие нагрузки. Высокие частоты вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы.

Посадка h6. Небольшие нагрузки. Легкие пульсирующие нагрузки. Высокие частоты вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы. Средне- и высоконагруженные подшипники с затяжкой внутренних обойм гайками.

Посадка js6. Средние нагрузки; легкие знакопеременные и ударные нагрузки. Высокие и средние частоты вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы. Колебательное движение. Высоконагруженные подшипники с затяжкой внутренних обойм гайками.

Посадка k6. Средние нагрузки, пульсирующие, знакопеременные и ударные. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Средние частоты вращения. Высоконагруженные подшипники при ударной нагрузке с затяжкой внутренних обойм гайками.

Посадка m6. Высокие нагрузки, пульсирующие, знакопеременные и ударные. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Роликовые подшипники и крупные шариковые подшипники.

Посадка n6. Высокие знакопеременные и ударные нагрузки. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Низкие и средние частоты вращения. Крупные роликовые подшипники.

Посадки подшипников в корпус (система вала).

Посадка G7. Легкие нагрузки. Высокие частоты вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы.

Посадки Н7 и Н8. Легкие нагрузки. Средние и высокие частоты вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы. Средненагруженные подшипники с затяжкой нагруженных обойм гайками. Подшипники, установленные в разъемные (в меридиональной плоскости) корпуса.

Посадка Js7. Средние нагрузки; легкие знакопеременные и ударные нагрузки. Средняя частота вращения. Местно-нагруженные обоймы. Плавающие обоймы. Колебательное движение. Высоконагруженные подшипники с затяжкой наружных обойм. Подшипники, устанавливаемые в разъемные (по меридиональной плоскости) корпуса.

Посадка К7. Средние нагрузки, пульсирующие, знакопеременные и ударные. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Средняя частота вращения. Высоконагруженные подшипники при ударной нагрузке с затяжкой наружных обойм.

Посадка М7. Средние нагрузки, знакопеременные и ударные. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Средние и низкие частоты вращения. Высоконагруженные подшипники при ударной нагрузке с затяжкой наружных обойм.

Посадка N7. Высокие нагрузки, знакопеременные и ударные. Циркуляционно-нагруженные обоймы. Средние и низкие скорости вращения. Роликовые и крупные шариковые подшипники. Подшипники, установленные в корпусах, расширяющихся от нагрева.

Посадка Р7. Подшипники, установленные в тонкостенных корпусах и в корпусах, расширяющихся от нагрева.

Для подшипников классов точности 4 и 2 применяют посадки по 4—6-му квалитету:

— посадки на вал g4, h4, js4, k4, m4, n4 и g5, h5, js5, k5, m5, n5;

— посадки в корпусе H5, Js5, К5, M5 и G6, Н6, Js6, К6, М6, N6, Р6.

Основные термины

Рассмотрим подробнее основные термины и понятия, определяющие посадки подшипников. Современное машиностроение основано на принципе взаимозаменяемости. Любая деталь, изготовленная по одному чертежу должна устанавливаться в механизм, выполнять свои функции, быть взаимозаменяемой.

Для этого чертеж определяет не только размеры, но и максимальные, минимальные отклонения от них, то есть допуски. Значения допусков стандартизованы единой системой для допусков, посадок ЕСДП, разбиты по степеням точности (квалитетам), приводятся в таблицах.

Согласно ГОСТ 25346-89 определены 20 квалитетов точности, но в машиностроении обычно используются с 6 по16. Причем, чем ниже номер квалитета, тем выше точность. Для посадок шарико и роликоподшипников актуальны 6,7, реже 8 квалитеты.

В пределах одного квалитета размер допуска одинаков. Но верхнее и нижнее отклонение размера от номинала расположены по-разному и их сочетания на валах и отверстиях образуют различные посадки.

Существуют посадки обеспечивающие гарантию зазора, натяга и переходные, реализующие как минимальный зазор, так и минимальный натяг. Посадки обозначают латинскими строчными буквами для валов, большими для отверстий и цифрой, указывающей на квалитет, то есть степень точности. Обозначения посадок:

с зазором a, b, c, d, e, f, g, h;
переходных js, k, m, n;
с натягом p, r, s, t, u, x, z.

По системе отверстия для всех квалитетов оно имеет допуск H, а характер посадки определяется допуском вала. Такое решение позволяет уменьшить количество необходимых контрольных калибров, инструмента режущего и является приоритетным. Но в отдельных случая используется система вала, в которой валы имеют допуск h, а посадка достигается обработкой отверстия. И именно таким случаем является вращение наружного кольца шарикоподшипника. Примером подобной конструкции могут служить ролики или барабаны натяжные конвейеров ленточных.

Примеры расчета посадок подшипников качения

Рассмотрим пример расчета и выбора посадок подшипников качения, входящих в представленный на рис. 2 узел.

Исходные данные:
подшипник 6-7309 – однорядный конический, 6-го класса точности;
радиальная реакция опоры Fr = 20000 Н;
условия работы – удары, вибрация, перегрузка до 300%;
вал – полый с диаметром отверстия d₁ = 20 мм;
корпус неразъемный; вращается вал, корпус – неподвижен.

1. По справочнику находим посадочные размеры подшипника – диаметр наружного кольца – D = 100 мм, внутреннего – d = 45 мм, посадочная ширина, т.е. ширина без учёта радиусов закругления – B = 26 мм;

2. Нижние предельные отклонения колец определяем по табл.13 – eiD = -0,013 мм, EId = -0,01 мм, верхние отклонения равны , тогда D = 100 _-0,013, d = 45 _-0,01.
Вид нагружения колец: наружное – местное, внутреннее – циркуляционное.

3. Основное отклонение корпуса находим по табл.7 с учетом того, что: корпус неразъемный, перегрузка 300%, D = 100 мм., получим основное отклонение – Н.
Поле допуска отверстия корпуса с учетом класса точности подшипника – Н7.
Посадка наружного кольца в корпус – 100Н7/l6. Пользуясь табл. 1 и табл. 2 строим схему расположения полей допусков (рис. 3а).

4. Основное отклонение валов определятся по интенсивности нагружения P_R. Для этого необходимы коэффициенты, входящие в уравнение.
Коэффициент k1 = 1,8 (табл.9), с учетом перегрузки 300%; k2 = 1,6, т.к. d1/d = 20/45 = 0,44, а отношение наружнего и внутреннего диаметров подшипника D/d = 100/45 = 2,22;k3 = 1,0, поскольку подшипник однорядный.
Вычислим интенсивность нагружения:

P_R = (20000/26)×1,8×1,6×1,0 = 2215 Н/мм.

По табл.8 находим основное отклонение вала – n; поле допуска вала, с учетом класса точности подшипника – n6.
Посадка внутреннего кольца на вал — 45 L6/n6.

Пользуясь табл.1 и табл.4 строим схему расположения полей допусков (рис. 3б).

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Выбор посадки подшипников качения

Среди основных параметров определяющих посадки подшипников:

характер, направление, величина нагрузки, воздействующей на подшипник;
точность подшипника;
скорость вращения;
вращение или неподвижность соответствующего кольца.

Ключевое условие, определяющее посадку – неподвижность либо вращение кольца. Для неподвижного кольца подбирается посадка с малым зазором и постепенное медленное проворачивание считается положительным фактором, уменьшающим общий износ, препятствующим местному износу. Вращающееся кольцо обязательно сажают с надежным натягом, исключающим проворот по отношению к посадочной поверхности.

Следующим важным фактором, которому должна соответствовать посадка под подшипник на валу или в отверстии, является вид нагружения. Различают три ключевых типа нагружения:

циркуляционное при вращении кольца относительно постоянно действующей в одном направлении радиальной нагрузки;
местное для неподвижного кольца относительно радиального нагружения;
колебательное при радиальной нагрузке колеблющейся относительно положения кольца.

Согласно степени точности подшипников в порядке их увеличения соответствуют пяти классам 0,6,5,4,2. Для машиностроения при нагрузках невысокой и средней величины, например для редукторов, обычным является класс 0, который не указывается в обозначении подшипников. При более высоких требованиях к точности используется шестой класс. На повышенных скоростях 5,4 и только в исключительных случаях второй. Пример шестого класса 6-205.

В процессе реального проектирования машин посадка подшипника на вал и в корпус выбирается в соответствие с условиями работы по специальным таблицам. Они приведены в томе втором Справочника конструктора-машиностроителя Василия Ивановича Анурьева.

Для местного типа нагрузки таблица предлагает следующие посадки.

При условиях циркуляционного нагружения, когда радиальное усилие воздействует на всю дорожку качения, учитывают интенсивность нагружения:

Значение коэффициента k1 при перегрузках менее, чем в полтора раза, небольшой вибрации и толчках принимают равным 1, а при возможной перегрузке от полутора до трех раз, сильных вибрациях, ударах k1=1,8.

Значения k2 и k3 подбираются по таблице. Причем для k3 учитывают соотношение осевой нагрузки к радиальной, выраженное параметром Fc/Fr x ctgβ.

Соответствующие коэффициентам и параметру интенсивности нагружения посадки подшипников приведены в таблице.

Обработка посадочных мест и обозначение посадок под подшипники на чертежах.

Посадочное место под подшипник на валу и в корпусе должно иметь заходные фаски. Шероховатость посадочного места составляет:

для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5 Ra=0,63 а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25;
для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5,4 Ra=0,63, а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25.

На чертеже также указывают отклонение формы места посадки подшипников, торцовое биение заплечиков для их упора.

Пример чертежа, в котором указана посадка подшипника на валу Ф 50 к6 и отклонения формы.

Значения отклонений формы принимаются по таблице в зависимости от диаметра, который имеет посадка подшипника на валу либо в корпусе, точности подшипника.

На чертежах указывают диаметр вала и корпуса под посадку, например, Ф20к6, Ф52Н7. На сборочных чертежах можно просто указывать размер с допуском в буквенном обозначении, но на чертежах деталей желательно кроме буквенного обозначения допуска приводить и его численное выражение для удобства рабочих. Размеры на чертежах указываются в миллиметрах, а величина допуска в микрометрах.

Выбор правильной посадки, обеспечение требуемой чистоты и значения допусков размеров поверхностей под подшипники является ключевым фактором, обеспечивающим долговечность, надежность механизмов.

Правильная посадка – важнейшее условие работоспособности подшипников.

Исходя из особенностей работы подшипника, кольцо, которое вращается должно закрепляться на опорной поверхности неподвижно, с натягом, а неподвижное кольцо садиться в отверстие с минимальным зазором, относительно свободно.

Установка с натягом вращающегося кольца не дает ему проворачиваться, что могло бы привести к износу опорной поверхности, контактной коррозии, разбалансировке подшипников, развальцовке опоры, чрезмерному нагреву. Так, в основном, выполняется посадка подшипника на вал, который работает под нагрузкой.

Для неподвижного кольца небольшой зазор даже полезен, а возможность проворота не чаще одного раза за сутки делает износ опорной поверхности более равномерным, минимизирует его.

Основные термины

с зазором a, b, c, d, e, f, g, h;
переходных js, k, m, n;
с натягом p, r, s, t, u, x, z.

Выбор посадки подшипников качения

Среди основных параметров определяющих посадки подшипников:

характер, направление, величина нагрузки, воздействующей на подшипник;
точность подшипника;
скорость вращения;
вращение или неподвижность соответствующего кольца.

циркуляционное при вращении кольца относительно постоянно действующей в одном направлении радиальной нагрузки;
местное для неподвижного кольца относительно радиального нагружения;
колебательное при радиальной нагрузке колеблющейся относительно положения кольца.

Согласно ГОСТ 520 степени точности подшипников в порядке их увеличения соответствуют пяти классам 0,6,5,4,2. Для машиностроения при нагрузках невысокой и средней величины, например для редукторов, обычным является класс 0, который не указывается в обозначении подшипников. При более высоких требованиях к точности используется шестой класс. На повышенных скоростях 5,4 и только в исключительных случаях второй. Пример обозначения подшипника шестого класса 6-205.

Для местного типа нагрузки таблица предлагает следующие посадки.

Pr=(k1xk2xk3xFr)/B, где:
k1 – коэффициент перегрузки динамической;
k2 – коэффициент ослабления для полого вала или корпуса тонкостенного;
k3 – коэффициент, определяемый воздействием осевых усилий;
Fr – усилие радиальное.

Обработка посадочных мест и обозначение посадок под подшипники на чертежах.

для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
для шейки вала диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5 Ra=0,63 а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25;
для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 0 Ra=1,25, а при диаметре 80…500 мм Ra=2,5;
для отверстия в корпусе диаметром до 80 мм под подшипник класса 6,5,4 Ra=0,63, а при диаметре 80…500 мм Ra=1,25.

Пример чертежа, в котором указана посадка подшипника на валу Ф 50 к6 и отклонения формы.

Внимание покупателей подшипников

Посадочные поверхности под подшипники и торцовые поверхности заплечиков валов ,и корпусов должны быть тщательно обработаны во избежание смятия и среза микронеровностей в процессе запрессовки и эксплуатации, а также появления коррозии.
Параметры шероховатости Ra и Rz посадочных поверхностей под подшипники на валах и в корпусах из стали, а также опорных торцов заплечиков не должны превышать значений, указанных в табл. 96.
Параметр шероховатости Ra посадочных поверхностей валов для подшипников на закрепительных или стяжных втулках не должен превышать 2,5 мкм.

Допускается значение параметра шероховатости Ra посадочных поверхностей и опорных торцов заплечиков в чугунных корпусах принимать не более 2,5 мкм для диаметров сопряжении до 80 мм и параметра Rz не более 20 мкм для диаметров свыше 80 мм при установке подшипников классов точности 0 и 6 и при условии обеспечения заданного ресурса работы подшипникового узла.

96. Параметры шероховатости посадочных поверхностей валов и корпусов из стали

Опорных торцов заплечиков валов и корпусов

Примечания. 1. В скобках указаны значения параметра шероховатости Ra, применение которого менее предпочтительно.
2. В технически обоснованных случаях по согласованию потребителей с изготовителями для номинальных диаметров валов до 10 мм под подшипники класса точности 2 допускается шероховатость посадочной поверхности вала до 0,32 мкм.

Допускается значение параметра шероховатости Ra посадочных мест и опорных торцов заплечиков на валах и в корпусах, выполненных из стали, длямалонагруженных подшипников класса точности 0, принимать не более 2,5 мкм для диаметров сопряжении до 80 мм и Rz не более 20 мкм для
диаметров более 80 мм.
К малонагруженным относят подшипники, работающие с частотой вращения, не превышающей 0,05 предельной n_пр при радиальной нагрузке F_r, не превышающей 0,05 радиальной динамической грузоподъемности С_г, и при коэффициенте безопасности К_Б = 1.

С правом занимается реализацией подшипниковой продукции ООО "МПЗ-7" а так же иметь право использовать в маркетинговых целях торговую марку МПЗ-7

ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки

Стандарт распространяется на подшипниковые узлы машин, механизмов и приборов, посадочны поверхности и опорные торцы которых предназначены для монтажа подшипников качения с номинальным диаметром отверстия до 2500 мм, отвечающие совокупности следующих условий: а) валы сплошные или полые толстостенные; б) корпуса толстостенные; в) материал валов и корпусов - сталь или чугун; г) нагрев подшипников при работе до 100 градусов С включительно. Стандарт устанавливает поля допусков, посадки, требования по шероховатости и отклонениям формы и положения посадочных поверхностей под подшипники и опорных торцовых поверхностей, значения допустимых углов взаимного перекоса колец, требования к посадкам и рекомендации по монтажу подшипников качения. Требования стандарта не распространяются на тонкостенные корпуса, а также на тонкостенные стальные стаканы. Монтируемые в отверстия корпусов, изготовленных из цветных металлов и сплавов с коэффициентами линейного расширения, отличающимися от коэффициента линейного расширения стали.

Читайте также: