Методические указания - Подшипники качения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Методические указания по курсу "Метрология, стандартизация и

сертификация"

Составитель В. Г. Мороз, доцент

Москва 2000

Методические указания по курсу "Метрология, взаимозаменяемость стандартизация и сертификация" подготовлены в соответствии с учебным планом и предназначены для изучения курса и выполнения курсовой работы по вышеназванной дисциплине, а также могут быть использованы по иным дисциплинам, связанным с взаимозаменяемостью и нормированием точности, при работе над курсовыми и дипломными проектами студентами всех машиностроительных специальностей.

Дана краткая характеристика, назначение, применение, принципы выбора полей допусков и посадок подшипников качения, примеры, необходимые справочные материалы.

Методические указания рассмотрены и утверждены кафедрой:

протокол № 7 от 01.06.2000

Рецензент доц. Е.Г. Щербак

Подготовлено к печати на кафедре "Детали машин"

Редактор С. В. Мухин

ЛР № 020407 от 12.02.97.

Подписано в печать 04.08.2000	Сдано в производство 23.04.03.
Формат бумаги 60 × 90/16	Бум. множит. Тем.план 2000г.,№4-14
Усл. печ. л. 3,5	Уч.-изд. л. 3,75
Тираж 500 (доп.)	Заказ № 376

РИЦ МГИУ, 109280, Москва, Автозаводская, 16

ВВЕДЕНИЕ

Современное машиностроение и приборостроение широко используют подшипники качения. Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения, снизив коэффициент трения до 0.0015-0.006. Конструкции подшипников качения позволяют изготовлять их в массовых количествах как стандартные изделия, что значительно снижает стоимость продукции. Подшипники качения, изготавливаемые на подшипниковых заводах, обладают полной взаимозаменяемостью; их устанавливают в сборочные единицы без подгонки. Габарит подшипников качения (по длине) меньше габарита подшипника скольжения.

Промышленностью изготавливаются подшипники качения сотнями миллионов штук в год с наружным диаметром от 1.5 до 2600 мм и массой от 0.5 г до 3.5 тонн. Во многих отраслях машиностроения они почти полностью вытеснили подшипники скольжения. И сегодня мы встречаем подшипники в узлах станков, редукторов, передней и задней ступицах автомобилей, в коробках передач, электродвигателях, поворотных устройствах строительных кранов и экскаваторов, системах управления летательными аппаратами, периферийных устройствах ЭВМ и т.д. Столь широкое применение подшипников качения требует создания не только широкого спектра типоразмеров, но и особого подхода к точности их изготовления и установки. К недостаткам подшипников качения следует отнести невозможность достижения особо высокой соосности, связанной с кинематикой и динамикой тел качения.

На рис.1 изображены основные типы подшипников качения. По форме тел качения они разделяются на шариковые и роликовые (цилиндрические, конические, игольчатые и т.д.), по направлению воспринимаемой нагрузки на радиальные, упорные и радиальноупорные.

Радиальные шариковые подшипники наиболее просты и дешевы, допускают перекосы валов до 1/4 градуса и могут воспринимать осевые нагрузки.

Радиальные роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают в среднем на 70...90%

3

Рис 1. Подшипники качения: радиальные - шариковые 1, роликовые 3; радиально-упорные - шариковые 3, роликовые 5; самоустанавливающиеся - шариковые 2, роликовые 6; шариковые упорные 8

4

большие нагрузки, но не воспринимают осевые нагрузки и не допускают перекоса вала. Ролики при перекосе вала начинают работать кромками, и подшипник разрушается. Аналогичные сравнения можно привести между радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками.

Самоустанавливающиеся двухрядные шариковые и роликовые подшипники допускают перекос вала в 2°...3° и допускают небольшие осевые нагрузки. Игольчатые подшипники позволяют уменьшить диаметральные габариты при значительных нагрузках.

Упорные подшипники воспринимают только осевые нагрузки. В зависимости от нагрузочной способности для подшипников качения стандартом предусмотрено пять серий диаметров и ширины: сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую. Точность изготовления подшипников качения нормирована пятью классами точности: L0 (нормального класса); L6 (повышенного); L5 (высокого); L4 (особо высокого); L2 (сверхвысокого) - рис.2 и

табл.1 (L-Lager-подшипник (нем)).

Точность изготовления существенно влияет на работоспособность подшипника, но одновременно возрастает и стоимость, что видно из табл.1.

Все подшипники качения изготавливают из высокопрочных специальных подшипниковых сталей с термической обработкой, обеспечивающей высокую твердость. В состав подшипника входят сепараторы, которые разделяют и направляют тела качения.

1. ПОЛЯ ДОПУСКОВ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ И ПОСАДКИ

Точность подшипников качения определяется точностью его изготовления и сборки. Подшипники качения обладают полной внешней взаимозаменяемостью по наружному и внутреннему диаметрам D и d и неполной внутренней взаимозаменяемостью между телами качения и кольцами, которые для повышения качества комплектуются по методу селективной сборки.

При конструировании узлов с подшипниками качения в качестве основных принимаются посадочные поверхности подшипников колец, которые поступают в готовом виде и не подвергаются обработке. Исходя из этого, можно заметить, что для сопряжения наружного кольца с посадочной поверхностью корпуса необходимо использовать систему вала, где основным валом будет наружная поверхность большего кольца подшипника.

5

Рис.2. Схема расположения полей допусков подшипников по классам точности

Таблица 1

Класс точности	L0	L6	L5	L4	L2
Допуски (мкм) на средний диаметр	10	8	6	5	4
отверстия
Относительная стоимость	1,0	1,3	2,0	4,0	10,0

6

Для меньшего кольца подшипника в качестве основной используется поверхность кольцевого отверстия, здесь рационально применение системы отверстия. Обычно в системе отверстия поле допуска основного отверстия направлено вверх, в тело детали (на рис. 3 показано пунктиром). Для подшипников же это основное поле направлено вниз, и не случайно. Известно, что в системе посадок, принятой для сопряжения деталей машин, посадки с натягом формируются от H/j до H/z, их немного и имеют они достаточно резкие ступени градации натягов. Тонкостенность же подшипникового кольца, исходя из соображений прочности, дополнительно ограничивает этот ряд до H/p. Направление же поля основного отверстия вниз позволяет существенно расширить спектр посадок с натягом, переведя в их число переходные посадки, что обеспечивает плавное нарастание натягов. В отличие от применяемых посадок (по ГОСТ 25346-82) для цилиндрических соединений посадки подшипников выполняются иначе, за счет того, что для подшипниковых колец предусмотрены специальные предельные отклонения наружных и внутренних колец, частично представленные в таблицах приложений. Проанализируем сказанное выше по рис.3 на примере посадки Td/js и L6/js (должно отметить, что в системе допусков подшипников качения Td обозначает допуск отверстия малого кольца подшипника, а не допуск вала Td, как это было в обычной системе). Допуск шарикоподшипника для интервала диаметров 30…50 класса L6 (по табл. П 7.2) соответствует 10 мкм. В варианте классической системы отверстия при Td/js анализ по средним значениям полей допусков позволяет получить значение зазора Sm. Применение L6/js позволяет получить натяг Nm. Такой подход позволил применять поля с отклонением до e. Итак, спектр расширился от h до r (табл. П 1,2), удовлетворив потребности разных производств. Окончательно на основе исследований и практического опыта ГОСТ 3325-85 рекомендует спектр посадок (табл.П1).

1.1. Обозначение допусков и посадок подшипниковых узлов на чертежах

На сборочных чертежах посадку подшипника обозначают после номинального размера в виде дроби с условным обозначением поля допуска кольца подшипника и сопрягаемой поверхности. Например: подшипник класса точности 0 с

7

номинальным диаметром большого кольца 90 мм установлен в отверстие корпуса, выполненное с полем допуска H7. Посадка 90H7/l0. Внутренним кольцом номинального диаметра 50 мм тот же подшипник установлен на вал (рис.4, а). Посадка - 50L0/js6. На отдельных чертежах корпуса и вала информация о подшипнике не представляется, а указываются лишь поля допусков и предельные отклонения размеров поверхностей сопряженных деталей

90H7( 00,035), 50js6( ±0,008), (рис.4, б, в).

2. ВИДЫ НАГРУЖЕНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ КОЛЕЦ

Установлено три вида нагружения колец подшипников качения: местное, циркуляционное и колебательное. Вид нагружения определяется на основе анализа работы конструкции, и далее в зависимости от вида нагружения рассчитываются и подбираются стандартные посадки для сопрягаемых поверхностей.

1. Местное нагружение кольца - такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка постоянно воспринимается одним и тем же ограниченным участком дорожки качения этого кольца (в пределах зоны нагружения) и передается соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса.

Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно действующей на него нагрузки или когда кольцо и нагрузка участвуют в совместном с одинаковой скоростью вращении.

На рис.5 представлены случаи местного нагружения колец с соответствующими эпюрами нормальных напряжений на посадочных поверхностях.

2. Циркуляционное нагружение кольца - такой вид нагружения, при котором действующая на подшипник результирующая радиальная нагрузка воспринимается и передается телами качения в процессе вращения дорожке качения последовательно по всей ее длине, а следовательно, и всей посадочной поверхности вала или корпуса.

8

9

Такое нагружение возникает, например, когда кольцо вращается относительно постоянной по направлению радиальной нагрузки, а также когда нагрузка вращается относительно неподвижного или подвижного кольца.

На рис.6 представлены случаи циркуляционного нагружения колец. Показана эпюра нормальных напряжений на посадочной поверхности корпуса (рис.6, в), перемещающаяся по мере вращения нагрузки Frс частотой вращения n.

3. Колебательным нагружением кольца называют такой вид нагружения, при котором неподвижное кольцо подшипника подвергается одновременному воздействию радиальных нагрузок: постоянной по направлению Fr и вращающейся Fc, меньшей или равной по величине Fr. Их равнодействующая совершает периодическое колебательное движение, симметричное относительно направления Fr, причем она периодически воспринимается последовательно через тела качения зоной нагружения кольца и передается соответствующим ограниченным участкам посадочной поверхности.

Такое нагружение возникает, например, на неподвижном наружном кольце, когда на него воздействует через вал постоянная нагрузка Fr, а внутреннее кольцо вращается совместно с приложенной к нему нагрузкой Fc, возникающей от дисбаланса

(рис.7, 8).

На рис.7, 8 показана круговая диаграмма изменения

равнодействующей силы F(r+c)= Fr + Fc при колебательном нагружении вала. Здесь Fr - постоянная по значению и направлению

радиальная нагрузка; Fc<Fr - радиальная нагрузка, вращающаяся с частотой n.

Равнодействующая изменяется по значению от Fr+Fc до Fr-Fc и колеблется по направлению за один оборот вала в пределах

10