Общие сведения о подшипниках качения

2.2.1. Точность геометрических параметров подшипников качения

Подшипники каченияявляются наиболее распространенными стандартными изделиями (сборочными единицами). Более 15 тыс. типоразмеров подшипников качения с размерами от долей миллиметра до 3 м и массой от долей грамма до 6 т изготавливают на специализированных заводах.

Подшипники качения, работающие при самых разнообразных нагрузках и частотах вращения, должны обеспечивать точность, бесшумность, долговечность и другие эксплуатационные свойства качества.

Подшипник качения (рисунок 2.1, а)состоит из внутреннего кольца 7, наружного кольца 2, тел качения 3, сепаратора 4, обеспечивающего расстояние между телами качения.

Телами качения являются шарики, ролики или иглы (в игольчатых подшипниках).

Основными присоединительными размерами,по которым осуществляется полная (внешняя) взаимозаменяемость, являются наружный диаметр D наружного кольца и внутренний диаметр d внутреннего кольца.

Внутренняя взаимозаменяемость в подшипниках между телами качения, кольцами и сепаратором является неполной и осуществляется методом групповой взаимозаменяемости.

ГОСТ 24955–81 устанавливает термины и определения основных понятий в области подшипников качения, их деталей и элементов.

ГОСТ 25256–82 устанавливает термины и определения основных понятий в области допусков на подшипники качения, их детали и элементы. Основные размеры подшипников качения указаны в ГОСТ 3478-79.

Основным параметром подшипника качения, определяющим его точность вращения, грузоподъемность, бесшумность работы, равномерность распределения нагрузки и другие эксплуатационные свойства, является радиальный зазор между телами качения и дорожками качения. Его величина зависит от точности размеров присоединительных поверхностей к корпусу и валу изделия, точности формы и расположения поверхностей колец (радиальное и торцевое биение, непараллельность торцов колец), шероховатости их поверхностей (особенно дорожек качения), точности формы и размеров тел качения в одном подшипнике и шероховатости их поверхностей; величины бокового биения по дорожкам качения внутреннего и наружного колец.

В зависимости от точности указанных параметров ГОСТ 520–89 для шариковых и роликовых подшипников с внутренним диаметром от 0,6 до 2000 мм устанавливает классы точности, которые, как правило, обозначаются арабскими цифрами в порядке повышения точности:

0;6;5;4;2;Т – для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;

0; 6; 5; 4; 2 – для упорных и упорно-радиальных подшипников;

0; 6Х; 6; 5; 4; 2 – для роликовых конических подшипников.

Установлены дополнительные 8-й и 7-й классы точности подшипников ниже нулевого класса точности для применения в неответственных узлах по заказу потребителей.

Класс точности проставляют (через тире) перед условным обозначением подшипника, например 6–205. Нулевой класс в обозначении не указывают, поскольку его применяют для большинства механизмов общего назначения. Подшипники более высоких классов точности применяют при больших частотах вращения и в случаях, когда требуется высокая точность вращения вала (например, для авиационных двигателей, для шпинделей шлифовальных и других прецизионных станков).

В гироскопических и других прецизионных приборах и машинах используются подшипники класса точности 2 и Т.

С повышением класса точности возрастают точностные требования ко всем элементам подшипников как внутренним, обеспечивающим точность вращения и радиальные зазоры между телами качения и дорожками колец, так и внешним, обеспечивающим посадку колец в изделии.

Для внутренних колец шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников с номинальным размером присоединительного диаметра d свыше 18 до 30 мм в зависимости от класса точности подшипника приведены допуски, мкм:

Класс точности                                        0 6 5 4   2  Т

Допуск на диаметр отверстия d_т                  10 8 6 5     4  2,5

Непостоянство ширины кольца            20 10 5 2,5  2  1,5

Биение торца относительно отверстия 20 10 8 4 2  1,5

Радиальное биение дорожки качения 13 10 4 3 2,5 2,5

Осевое биение дорожки качения         40 20 8    4    2,5 2,5

Допуски параметров подшипников, установленные по классам точности от 8-го до Т, близки к значениям допусков по квалитетам от 8-го (IТ8) до 2-го (IТ2) ЕСДП.

Точность тел качения очень высокая и составляет в среднем по разномерности в одном подшипнике 1 мкм.

Шероховатость поверхности тел качения, дорожек качения и присоединительных поверхностей колец Rа 0,63...0,32 мкм и менее. Уменьшение параметра шероховатости Rа от 0,32 до 0,08 мкм повышает ресурс подшипника более чем в два раза, а дальнейшее уменьшение параметра шероховатости Rа до0,08...0,04 мкм – еще на 40%.

В связи с недостаточной жесткостью колец подшипников, стандартом допускается их овальность в свободном состоянии, которая может доходить до 50 % допуска на диаметр. При сборке и монтаже подшипника кольца выправляются.

Стандартом установлены предельные отклонения и допуски как на присоединительные диаметры D и d колец подшипников, так и на их средние диаметры D_m и d_т.

Средние диаметры D_m и d_т вычисляют как среднее арифметическое значение наибольшего и наименьшего диаметров, измеренных в двух крайних сечениях колец.

Кольца в свободном состоянии считаются годными, если одновременно их действительные размеры по D, d и по D_m, d_т находятся в заданных пределах. Расчет значений параметров посадок колец подшипников качения производят по предельным отклонениям D_m, d_т.

ГОСТ 3325–85 устанавливает следующие обозначения полей допусков на посадочные диаметры колец подшипника качения по D_m, d_т:

– для среднего внутреннего диаметра внутреннего кольца подшипника:

Ld_т, L8, L7, L6Х, L6, L5, L4, L2, LТ;

– для среднего наружного диаметра наружного кольца подшипника:

lD_т, l8, l7, l0, l6Х, l6, l5, l4, l2, lТ,

где Ld_т – обозначение поля допуска для среднего внутреннего диаметра внутреннего кольца подшипника; lD_т – обозначение поля допуска для среднего наружного диаметра наружного кольца подшипника; L, l – условные обозначения основного отклонения соответственно для среднего внутреннего диаметра внутреннего кольца и среднего наружного диаметра наружного кольца подшипника; 8; 7; 0; 6Х; 6; 5; 4; 2; Т – классы точности подшипников по ГОСТ 520-89.

Присоединительные диаметры колец подшипников изготавливают с отклонениями размеров внутреннего диаметра внутреннего кольца и наружного диаметра наружного кольца, не зависящими от посадки, по которой их будут монтировать.

Посадки наружного кольца с отверстием корпуса изделия выполняют в системе вала, и поле допуска наружного диаметра наружного кольца располагается как для основного вала, т. е. в «минус» от нулевой линии. Посадки внутреннего кольца с валом изделия осуществляются в системе отверстия, но поле допуска внутреннего диаметра внутреннего кольца располагается от нулевой линии в «минус» (рисунок 2.1, б).

Таким образом, для всех классов точности верхнее отклонение присоединительных диаметров по d_т и D_т равно нулю.

Применение системы отверстия и системы вала в посадках колец подшипника с валом и отверстием корпуса обеспечивает их полную взаимосвязь и быстрый демонтаж и монтаж в условиях эксплуатации. Кроме того, особенность расположения полей допусков внутреннего диаметра внутреннего кольца подшипника позволяет не прибегать к специальным посадкам для получения неподвижных соединений колец с валами, а использовать стандартные переходные посадки ЕСДП.

2.2.2. Выбор посадок подшипников качения

Весьма важным в обеспечении высокой работоспособности подшипников является выбор посадок колец подшипника с присоединяемыми поверхностями деталей изделия. Основными факторами, определяющими выбор посадок, являются:

– вид нагружения колец подшипника;

– величина нагрузки (интенсивность нагружения);

– частота вращения;

– условия монтажа.

Главным фактором при выборе посадок является вид нагружения наружного и внутреннего колец подшипника.

Схема «вращается вал» (внутреннее кольцо вращается вместе с валом) имеет место у подшипников валов коробок передач, задних колес заднеприводных автомобилей, у роторов электродвигателей. Схема «вращается корпус» (при работе вращается наружное кольцо) лежит в основе работы подшипников передних колес заднеприводных автомобилей, в роликах конвейеров и т.п.

Различают три вида нагружения колец подшипников: местное, циркуляционное и колебательное (рисунок 2.2).

Местное нагружение кольца (М) – вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка F_r постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала и корпуса. Такое нагружение имеет место, когда кольцо не вращается относительно действующей нагрузки (рисунок 2.2, а) или кольцо и нагрузка участвуют в совместном вращении (рисунок 2.2, д, е).

Циркуляционное нагружение кольца (Ц) – вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения дорожки качения последовательно по всей ее длине и соответственно всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение происходит, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки Р_г с частотой вращения п (рисунок 2.2, б) или когда нагрузка вращается относительно неподвижного кольца (см. рисунок 2.2, д, е).

Колебательное нагружение кольца (К) – вид нагружения, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременному воздействию радиальных нагрузок: постоянной по направлению F_r ивращающейся F_с (F_r > F_с) (рисунок 2.2, в, г). Их равнодействующая F_r+с совершает периодическое колебательное движение, симметричное относительно направления F_r причем она периодически воспринимается последовательно через тела качения зоной нагружения кольца и передается соответствующим ограниченным участкам посадочной поверхности.

Если F_r < F_c, то нагружение колец может быть местным или циркуляционным в зависимости от схемы приложения вращающихся сил. Кольца, которые остаются неподвижными, будут испытывать циркуляционное нагружение, а кольца, вращающиеся месте с нагрузкой F_с, – местное нагружение (см. рисунок 2.2, д, е). После определения вида нагружения колец подшипников, необходимо принять решение о характере посадок присоединяемых поверхностей колец подшипников с присоединительными поверхностями изделия.

Кольца, испытывающие местное нагружение, без снижения качества подшипников могут допустить использование посадок с небольшим средневероятным зазором, наличие которого необязательно приведет к взаимному смещению, нарушающему неподвижность. Только при малых нагрузках и большой частоте вращения под воздействием отдельных толчков, сотрясений и других факторов может происходить такое смещение (кольцо будет периодически проворачиваться), что в определенной мере может быть полезным, обеспечивая равномерный износ сопрягаемых поверхностей и их долговечность.

Кольца, испытывающие циркуляционное нагружение, должны иметь посадки с гарантированным натягом, исключающим возможность относительных смещений или проскальзывания, так как при появлении зазора в сопряжении будет происходить процесс раскатки колец с разрушительными последствиями.

Допустимые зазоры и натяги для сопряжений колец, испытывающих местное или циркуляционное нагружение, зависят от нагрузки на подшипник и частоты вращения.

При циркуляционном нагружении колец подшипника посадки выбирают по интенсивности радиальной нагрузки на посадочную поверхность.