1.2 Выбор, обоснование и расчет посадок подшипника качения

Исходные данные: Подшипник 316 ГОСТ 8338; режим работы – нормальный; передача быстроходная, реверсивная.

Подшипники качения – это наиболее распространенные стандартные изделия (сборочные единицы) множества конструкций и модификаций, которые изготавливаются на специализированных заводах и встраиваются в более сложные изделия (редукторы, коробки подач и скоростей, шпиндели металлорежущих станков и др.).

Основные функциональные элементы подшипника качения – тела качения (шарики или ролики), которые катятся по дорожкам качения. Дорожки качения, как правило, располагаются на специально изготовляемых наружнм и внутреннем кольцах подшипника. Тела качения, как правило, разделены сепаратором, который обеспечивает равномерное распределение тел качения по окружности.

Выбор посадки кольца подшипника (выбор полей допусков валов и отверстий корпусов, сопрягаемых с кольцами подшипников) осуществляют с учетом:

• вида нагружения кольца подшипника;

• режима работы подшипника;

• соотношения эквивалентной нагрузки Р и каталожной динамической грузоподъемности С;

• типа, размера и класса точности подшипника.

Рассматриваемый редуктор (рис. 1) имеет вал, опорами которого являются два шариковых подшипника с диаметром отверстия 80 мм. Согласно исходным данным, подшипник имеет 0 класс точности (условное обозначение подшипника 316).

Данный подшипник относится к шариковым радиальным однорядным открытым, серия диаметров средняя (3), серия ширин – узкая. Основные размеры подшипника:

• номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца под-шипника d = 80 мм;

• номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D = 170 мм;

• номинальная ширина подшипника B = 39 мм;

• номинальная высота монтажной фаски r = 3,5 мм.

Определяем виды нагружения колец подшипника (местное, циркуляционное, колебательное). Так как передача крутящего момента осуществляется цилиндрическими зубчатыми колёсами, то в зубчатом зацеплении действует радиальная нагрузка, постоянная по направлению и по значению. Вал вращается, а корпус неподвижен, следовательно, внутреннее кольцо испытывает циркуляционное нагружение, а наружное кольцо – местное. Примем нормальный режим работы подшипникового узла. ГОСТ 3325 для такого случая рекомендует поля допусков цапфы вала, сопрягаемой с кольцом подшипника качения, k6 или j_s6. Выбираем поле k6, которое обеспечивает посадку с натягом. Так же на основании рекомендаций стандарта выбираем поле допуска отверстия корпуса Н7. Предельные отклонения средних диаметров колец подшипника качения определяем по ГОСТ 520, предельные отклонения вала Ø80k6 и отверстия корпуса Ø170Н7 – по ГОСТ 25347-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки» и расчеты сводим в таблицы (табл. 3 и 4).

Таблица 3 - Предельные размеры колец подшипников качения

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dm max (dm max), мм	Dm min (dm min), мм
d = 80	0	- 15	80,000	79,985
D = 170	0	- 25	170,000	169,975

Таблица 4 - Предельные размеры цапфы вала и отверстия корпуса

Размер, мм	ES (es), мкм	EI (ei), мкм	Dmax (dmax), мм	Dmin (dmin), мм
d = 80	+ 21	+ 2	80,021	80,002
D = 170	+ 40	0	170,040	170,000

Строим схемы расположения полей допусков сопрягаемых деталей подшипникового узла и рассчитываем зазоры (натяги).

По d_m:

N_max = d_max – d_{m min};

N_max = 80,021 – 79,985 = 0,036 мм = 36 мкм;

N_min = d_min – d_{m max};

N_min = 80,002 – 80,000 = 0,002 мм = 2 мкм;

N_cp = (N_max + N_min)/2;

N_cp = (36 + 2)/2 = 19 мкм.

Рисунок 5 - Схема расположения полей допусков сопряжения Ø80L0/k6

По D_m:

S_max = D_max – D_{m min};

S_max = 170,040 – 169,975 = 0,065 мм = 65 мкм;

S_min = D_min – D_{m max};

S_min = 170,000 – 170,000 = 0,000 мм;

S_cp = (S_max + S_min)/2;

S_cp = (65 + 0)/2 = 32,5 мкм;

T_S = IT_Dm + IT_D;

T_S = 40 + 19 = 59 мкм.

Производим проверку наличия в подшипнике качения радиального зазора, который уменьшается по причине натяга при посадке подшипника на вал. В расчетах принимаем среднее значение натяга и среднее значение зазора в подшипнике как наиболее вероятные:

N_cp = 19 мкм;

N_эф = 0,85·19 = 16,15 мкм = 0,01615 мм;

d₀ = d_m + (D_m – d_m)/4;

d₀ = 80,000 + (170,000 – 80,000)/4 = 102,5 мм;

Δd₁ = N_эф·d_m / d₀;

Δd₁ = 0,01615·80/102,5 = 0,0126 мм = 12,6 мкм.

Рисунок 6 - Схема расположения полей допусков сопряжения Ø170Н7/l0

По ГОСТ 24810 определяем предельные значения теоретических зазоров в подшипнике 316 до сборки:

G_{r min} = 10 мкм;

G_{r mах} = 30 мкм.

Средний зазор в подшипнике 316 определяется как полусумма предельных теоретических зазоров:

G_{r cp} = (G_{r min} + G_{r mах})/2;

G_{r cp} = (10 + 30)/2 = 20 мкм.

Тогда:

G_пос = G_{r cp} – Δd₁;

G_пос = 20 – 12,6 = 7,4 мкм.

Расчёт показывает, что при назначении посадки Ø80L0/k6 по внутреннему диаметру зазор в подшипнике качения после посадки будет положительным.

На чертежах общего вида выбранные посадки подшипника качения обозначаются:

• на вал – Ø80L0/k6, где L0 – поле допуска внутреннего кольца подшипника нормального класса точности; k6 – поле допуска вала.

• в корпус – Ø170Н7/l0, где Н7 – поле допуска отверстия корпуса; l0 – поле допуска наружного кольца подшипника нормального класса точности.