Выбор посадок расчетным методом для циркуляционно нагруженного кольца подшипника

При циркуляционном нагружении колец посадки должны обеспечивать натяг между вращающимся кольцом и деталью с тем, чтобы исключить возможность обкатки и проскальзывания этого кольца по посадочной поверхности вала или отверстия в корпусе, в процессе работы под нагрузкой. Посадку для циркуляционно-нагруженного кольца определяют расчетным путем, одним из двух методов:

- по интенсивности нагружения P_r;

- по минимальному натягу N_min.

Первый метод (по интенсивности нагружения) можно использовать при расчете посадок циркуляционно – нагруженных как наружних, так и внутренних колец. Но при расчете посадок для внутренних колец подшипника лучше использовать второй метод – по минимальному натягу, так как он дает более точные расчетные величины.

При расчете посадок наружних колец подшипников, т.е. в том случае, когда вращается корпус (неприводные колеса автомобиля, опорные колеса кранов, ролики ленточных транспортеров, натяжные шкивы и т.д.) и соответственно с ним вращается наружное кольцо подшипника, используют формулу интенсивности нагружения.

,

где P_r – интенсивность нагружения, H/мм, кН/м;

К ₁ – динамический коэффициент. При нагрузке с умеренными толчками и вибрацией и перегрузке до 150 % К ₁=1; при сильных ударах или перегрузке до 300 % К ₁=1,8;

К ₂ – коэффициент, учитывающий ослабление натяга при полом вале или тонкостенном корпусе: К ₂ = 1 при сплошной вале;

К ₃ – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки между рядами двухрядных подшипников при наличии осевой нагрузки на опору: К ₃ = 1 (радиальные и радиально-упорные однорядные подшипники).

Определив величину интенсивности нагружения P_r, по таблице находят поле допуска корпуса (К7, М7, N7, Р7).

Таблица. – Допускаемые интенсивности нагрузок на посадочные

Поверхности корпуса

При расчете посадок циркуляционно нагруженных внутренних колец подшипников вычисляет величину минимального натяга:

,

где N_min – минимальный натяг, мм;

F_r – наибольшая радиальная нагрузка, H;

k – коэффициент, зависящий от серии подшипника (таблица);

B – ширина кольца подшипника, мм;

r - радиус фаски, мм.

Таблица. – Значения коэффициента k

По таблицам ГОСТ выбираем посадку, одну из трех (k6, m6, n6), удовлетворяющую условию:

Во избежание разрыва колец должно выполняться условие:

.

Т.е. наибольший натяг посадки не должен превышать величину допустимого натяга N_доп., мм, вычисляемого по формуле:

,

где σ_доп. – допускаемое напряжение на растяжение (для подшипниковой стали

σ_доп. ≈ 400 МПа).

Для колец, испытывающих местное нагружение, применяют посадки с зазором, и очень редко – с незначительным натягом.

Следует, что для сопряжения наружного местно нагруженного кольца подшипника рекомендуются следующие поля допусков: Н7, Н8, Н9, G7.

Применение рекомендуемых посадок:

Н6 и Н7 – нормальные и легкие нагрузки, в частности при необходимости осевых перемещений. Это основные посадки подшипников в машиностроении;

H8, H9 и G7 – нормальные и легкие нагрузки, малые частоты вращения (до 4 об/с), в основном для разъемных корпусов.

Кроме вышеперечисленных посадок, при местном нагружении применяют также посадки: Js6 и Js7 – тяжелые и нормальные нагрузки, большие частоты вращения;

Внутренние кольца сопрягаются с валами полями допусков: f6, g6, h6, f7. Их применение можно охарактеризовать следующими областями:

js6 – тяжелые нагрузки, роликовые подшипники в тяжелом машиностроении;

h6 – тяжелые нормальные нагрузки, основная посадка в машиностроении;

g6 и g7–– нормальные и легкие нагрузки, для подшипников всех типов при невысоких требованиях к точности;

f6 и f7–– легкие нагрузки, для подшипников всех типов.

При такой посадке не происходит деформация кольца и, соответственно, не возникает заклинивания тел качения. Кольцо под действием толчков и вибраций постепенно проворачивается по посадочной поверхности. В результате износ беговой дорожки происходит равномерно по всей окружности кольца. Если же кольцо, испытывающее местное нагружение, будет соединено неподвижно, то нагрузка F_r будет воздействовать на одно и тоже место, напряжения будут возникать в одной и той же точке его дорожки качения. В результате в этой зоне могут появиться усталостные трещины и раковины; срок службы подшипника резко сократится. Обеспечивать зазор между кольцом подшипника и сопрягаемой деталью нужно очень осторожно. Он должен быть минимальным, а сопрягаемые поверхности иметь незначительную шероховатость.В противном случае при проворачивании кольца произойдет стирание шероховатости и увеличение зазора, что весьма не желательно, т.к. это может вызвать ускоренный износ посадочного места. Здесь вступает в противоречие экономической показатель: подшипник значительно дешевле любой корпусной детали и заменить его легче.

Таблица – Допустимые величины шероховатости R_a (мкм) поверхностей валов и отверстий корпусов