Подшипники качения широко используются в современном машиностроении. От правильного выбора посадки подшипников зависит надежность и долговечность узлов и механизмов. В этой статье мы подробно рассмотрим все аспекты, связанные с посадками подшипников качения.
Основные понятия и определения посадок подшипников качения
Посадка подшипника - это способ соединения колец подшипника с валом и корпусом, обеспечивающий необходимую неподвижность колец относительно посадочных мест. Целью посадки является надежная фиксация подшипника и предотвращение проворачивания и осевого смещения колец.
Различают следующие основные виды посадок:
- Посадка с зазором - диаметр посадочного места больше диаметра отверстия подшипника;
- Переходная посадка - диаметры посадочного места и отверстия подшипника примерно равны;
- Посадка с натягом - диаметр отверстия подшипника больше диаметра посадочного места.
Выбор вида посадки зависит от условий работы подшипника - величины и характера нагрузки, частоты вращения, назначения подшипника в узле. Чем жестче условия, тем плотнее должна быть посадка.
Правила обозначения посадок регламентируются системой допусков и посадок (ЕСДП). В этой системе определены допустимые отклонения размеров колец подшипников и посадочных мест на валу и в корпусе.
Подшипники качения изготавливаются разных классов точности - от низшего 9-го до высочайшего 0-го. Чем выше класс точности, тем меньше допускаемые отклонения размеров. Также стандартами регламентируется чистота обработки поверхностей - она обозначается цифрами от 1 до 12, чем меньше цифра, тем чище поверхность.
Каждому классу точности подшипника соответствует допустимое поле отклонений размера - оно обозначается буквой (например, k, m, n). Аналогично для посадочных мест на валу и в корпусе применяются свои поля допусков (например, H7, G7, F7).
Особенности посадки подшипников качения на вал и в корпус
При выборе посадки подшипника качения на вал или в корпус учитывают следующие факторы:
- посадка на вал обеспечивает бóльшую неподвижность, чем посадка в корпус;
- посадка в корпус проще в изготовлении и монтаже;
- посадка с натягом повышает жесткость, но может привести к перегреву;
- переходные посадки удобны при частой разборке узлов.
Для точного расчета оптимальной посадки учитывают: размеры подшипника, материалы колец и посадочных поверхностей, величину и характер нагрузки, допустимые напряжения для данного подшипника.
Чтобы обеспечить требуемую посадку, применяют:
- термообработку поверхностей;
- нанесение специальных покрытий;
- конструктивные элементы - стопорные кольца, втулки, гайки.
При монтаже подшипников нужно соблюдать технологию: применять специальный инструмент, исключить ударные нагрузки при запрессовке.
Технические требования к посадочным поверхностям
Качество посадочных поверхностей напрямую влияет на долговечность подшипникового узла. К этим поверхностям предъявляют следующие требования:
- шероховатость поверхности не более Ra 1,25 мкм;
- высокая точность обработки - отклонения формы не более 2-3 мкм;
- термообработка для повышения твердости (закалка, цементация);
- антикоррозионные покрытия (цинкование, хромирование).
Контроль качества посадочных поверхностей проводят специальными измерительными средствами: профилометрами, оптическими приборами, а также методом слепков.
Соблюдение всех требований к посадочным поверхностям существенно увеличивает ресурс подшипников и надежность узлов в целом.
Выбор посадок подшипников качения в зависимости от типа и условий работы
Посадку подшипника выбирают в зависимости от его типа и конкретных условий работы. Рассмотрим основные моменты для разных случаев.
Радиальные шариковые подшипники
Эти подшипники воспринимают в основном радиальные нагрузки. Рекомендуемые посадки:
- при малых нагрузках - посадка с зазором;
- при средних нагрузках - переходная посадка;
- при высоких нагрузках - посадка с натягом.
Радиально-упорные шариковые подшипники
Они работают на сочетание радиальных и осевых нагрузок.
Посадка с натягом рекомендуется для обоймы, воспринимающей осевую нагрузку. Вторая обойма может посажена с небольшим зазором.
Упорные и упорно-радиальные шариковые подшипники
Их главная нагрузка - осевая. Наиболее надежна посадка обеих колец с натягом.
Радиальные роликовые подшипники
Они рассчитаны на радиальные нагрузки. Рекомендуется посадка:
- с зазором при невысоких скоростях и нагрузках;
- переходная или с натягом при более жестких режимах.
Упорные и упорно-радиальные роликовые подшипники
Их основная нагрузка - осевая. Наилучший вариант:
- посадка с натягом для колец, воспринимающих осевую нагрузку;
- переходная посадка для колец с радиальной нагрузкой.
Такая комбинация обеспечивает оптимальную неподвижность и тепловой режим подшипника.
Аналогичный подход применяют и для других типов подшипников качения. Конкретный вариант посадки всегда выбирается с учетом реальных условий эксплуатации.
Таким образом, правильный выбор посадки - это важнейший фактор обеспечения надежности и долговечности подшипниковых узлов.
Влияние посадки на ресурс и надежность подшипниковых узлов
От правильно выбранной посадки напрямую зависит ресурс подшипника - наработка до появления усталостных разрушений или недопустимого износа.
Чрезмерный натяг приводит к повышенным напряжениям в материале колец, что снижает их выносливость. Но и недостаточный натяг может быть опасен - происходит проскальзывание колец на валу или в корпусе, что ускоряет износ.
Перекос осей колец из-за неправильной посадки вызывает неравномерность распределения нагрузки, преждевременный выход из строя отдельных участков тел качения.
Нарушение тепловых режимов подшипника вследствие чрезмерно плотной или, наоборот, недостаточно плотной посадки может привести к перегреву, задирам, снижению вязкости смазки.
Поэтому при выборе посадки нужно найти оптимальное сочетание натяга, исключающего проскальзывание, и свободы, предотвращающей перегрузку подшипника.
Обеспечение требуемых посадок подшипников качения на этапе проектирования
Чтобы гарантировать необходимую посадку подшипника, конструктор на этапе проектирования должен:
- Подобрать стандартный подшипник нужного типоразмера или спроектировать нестандартный вариант;
- Учесть допуски на изготовление и посадки при расчетах узла;
- Заложить в чертежи требования к точности и шероховатости поверхностей;
- Предусмотреть способы контроля посадки при сборке и испытаниях.
На стадии технологической подготовки разрабатываются процессы мехобработки и сборки, обеспечивающие заданную посадку.
Контроль правильности посадки подшипников качения
Контроль посадки подшипников необходим на следующих этапах:
- При сборке узла;
- В процессе испытаний;
- Во время эксплуатации.
Для контроля используют:
- Визуальный осмотр и замеры размеров;
- Проверку нагрева тепловизорами;
- Анализ вибрации и шума;
- Диагностику по ферритному износу.
Регулярный контроль позволяет своевременно выявить отклонения посадки и назначить меры по их устранению.
