Выбор класса радиального внутреннего зазора (C2, CN, C3, C4) по посадке и температуре: что решают доказательства и что нужно взять из ISO 5753-1

Указываемый вами класс — это зазор, остающийся после монтажа и нагрева

Радиальный внутренний зазор подшипника измеряется на стенде до монтажа. Напрессуйте внутреннее кольцо на вал с натягом, и кольцо расширится, что уменьшит этот стендовый зазор¹¹.

Запустите подшипник и дайте внутреннему кольцу нагреться сильнее наружного, и дифференциальное расширение отнимет ещё часть². Таким образом, класс, напечатанный на коробке, — это отправная точка, а не рабочее состояние.

Вот почему чертёж или коммерческое предложение, где указан C3 без указания посадок на вал и в корпус и ожидаемых температур колец, ещё не является спецификацией. По одному классу невозможно определить, будет ли подшипник работать с зазором или без него.

Запрашивайте классы посадок и температурную базу вместе с обозначением зазора, затем проверьте, что остаточный зазор положителен при рабочей температуре¹¹. Одна оценка поставщика показывает масштаб потерь: посадка k6 на валу 30 мм отнимает около 12 мкм, а разность температур колец 50 °C отнимает ещё 5–10 мкм²⁵.

Считайте это оценкой того источника для того случая, а не правилом для вашего диаметра отверстия.

Исключите любой класс, который работал бы с нулевым или отрицательным зазором

Если посадка и нагрев вместе потребляют больше зазора, чем было изготовлено в подшипнике, тела качения оказываются предварительно нагруженными. Трение растёт, подшипник нагревается сильнее, кольца расширяются дальше, и зазор становится ещё более отрицательным.

Один поставщик подшипников описывает это как петлю теплового разгона, которая заканчивается быстрым отказом, как только подшипник превышает возможности смазки¹¹. Другой формулирует тот же результат короче: слишком малый зазор вызывает чрезмерное трение, быстрый нагрев и заклинивание¹⁸.

Это тот вид отказа, который вы исключаете при выборе класса. Это не механизм износа, который можно обнаружить позже; это рабочее состояние, которого нужно избегать на этапе проектирования.

Если ваша оценка посадки и температуры оставляет мало или совсем не оставляет остаточного зазора на бумаге, класс слишком туг для данной нагрузки, что бы ни говорил каталог. Источники не дают порогового остаточного зазора для проектирования или формулы, преобразующей ваши входные данные по посадке и температуре в величину потери зазора.

Их нужно получить у поставщика подшипников или из действующего стандарта.

Сначала определите посадки по типу нагрузки, затем переходите к классу

Посадка — это то, что потребляет зазор, поэтому решение о посадке принимается первым. Кольцо, несущее вращающуюся нагрузку, должно иметь посадку с натягом; степень натяга зависит от типа подшипника, размера и условий эксплуатации¹.

Когда направление нагрузки неопределённо, особенно при тяжёлых нагрузках, один производитель подшипников рекомендует посадку с натягом на оба кольца¹. Две посадки с натягом отнимают зазор с обеих сторон подшипника, поэтому класс нужно выбирать после этого решения, а не до него.

Класс допуска корпуса следует той же логике. Для нагрузки на неподвижное наружное кольцо обычный выбор — H6, G6, J6 или J7; для неопределённой или вращающейся нагрузки на наружное кольцо — K7 или M7^10,15.

Со стороны вала лёгкие и нормальные вращающиеся нагрузки на внутреннее кольцо требуют js6, k6 или m6, а тяжёлые или ударные нагрузки переходят на n6, p6 или r6¹⁵. Тяжёлые или ударные нагрузки также требуют большего внутреннего зазора, чем стандартный¹⁹.

Сначала проработайте случай нагрузки: какое кольцо вращается относительно нагрузки и насколько она тяжела. Ответ скажет вам, на какой натяг вы идёте, и, следовательно, сколько стендового зазора съест посадка ещё до учёта температуры.

Корректируйте на разность температур колец в правильном направлении

Более горячее внутреннее кольцо расширяется и отнимает зазор; более горячее наружное кольцо расширяет посадочное место в корпусе и добавляет зазор². Направление важнее величины, потому что оно решает, переходить ли на класс выше или оставаться на месте.

Там, где существует разность температур между внутренним и наружным кольцами, пример одного производителя подшипников для электродвигателя указывает зазор больше Normal, C3⁴. Там, где наружное кольцо работает горячее, тепловой эффект действует в вашу пользу, и тепловая поправка не нужна.

Крупные подшипники имеют отдельное правило для корпуса, основанное на той же физике. При наружном диаметре более 250 мм, если наружное кольцо работает более чем на 10 °C горячее корпуса, G7 заменяет H7, а F7 заменяет G7¹⁰.

Это коррекция допуска корпуса, а не изменение класса зазора, и она применяется к случаю крупных подшипников, указанному в источнике. Один производитель подшипников даёт соотношение для того, какая часть разности температур между подшипником и корпусом проявляется на посадочных поверхностях: примерно 0,10–0,15 от этой разности¹⁷.

Это исходный параметр для оценки потери натяга, а не коэффициент коррекции зазора. Ни один источник в этом наборе не даёт цифру изменения зазора в мкм на °C, поэтому саму тепловую поправку необходимо подтвердить у поставщика.

Выберите начальный класс, затем проверьте исключения

Normal (CN) — разумная отправная точка, когда температуры стабильны, посадки лёгкие и требуется точное направление вала⁹. C2 ещё туже и подходит для работ с минимальным биением при контролируемой температуре с лёгкими посадками, например для приборов и измерительного оборудования; он имеет малый запас против посадки с натягом или неожиданного повышения температуры²⁵.

C3 — это шаг вверх для постоянно высокой рабочей температуры, тяжёлых посадок с натягом или скоростей выше стандартного диапазона⁹. C4 — следующий шаг, предназначенный для экстремальных температур, больших разностей температур вала и корпуса, тонкостенных корпусов или сильного перекоса⁹.

Исключение, которое удивляет покупателей, — это тип подшипника. Для цилиндрических роликоподшипников обычно предпочитают зазор Normal, а не C3, потому что эти подшипники уже работают с более плотными посадками и более высоким начальным зазором¹².

Поэтому C3 по умолчанию, перенесённый из спецификации электродвигателя на цилиндрический роликоподшипник, является неправильной отправной точкой для этого типа подшипника. Один поставщик указывает C3 как отраслевой стандарт для электродвигателей и C4 для рабочих валков сталепрокатных станов, роликов печей и сушильных цилиндров бумагоделательных машин²⁵.

Другой называет C3 значением по умолчанию для многих распространённых промышленных двигателей и редукторов⁹. Это позиции поставщиков относительно распространённой практики, а не требования стандарта.

Проверьте тип подшипника и фактический случай посадки и температуры, прежде чем принимать их.

Во что вам фактически обходится один класс вверх или вниз

Направления штрафа согласуются в источниках, хотя их величины не определены количественно. Возьмите класс на один шаг туже — и вы рискуете путём нагрева и заклинивания, описанным ранее¹⁸.

Возьмите класс на один шаг свободнее — и подшипник теряет направление вала: вибрация растёт, а распределение нагрузки по телам качения становится неравномерным¹⁸. Зазор также влияет на шум, деформацию, тепловые напряжения и усталостную долговечность, поэтому выбор не ограничивается вопросом заклинивания².

Ответ по шуму и вибрации зависит от типа подшипника, а не следует единому правилу. Один поставщик утверждает, что зазор C3 помогает снизить вибрацию и компенсировать небольшой перекос¹⁶.

Для цилиндрических роликоподшипников, напротив, зазор Normal с нормальной посадкой поддерживает надлежащую нагруженную зону и снижает шум и риск задиров, а для дальнейшего снижения шума предлагается диапазон upper-C2¹². Если ваш движущий фактор — низкий шум, то помогающий класс зависит от того, какой подшипник вы указываете.

Ни один источник в этом наборе не даёт количественной оценки изменения усталостной долговечности или грузоподъёмности от шага на один класс. Если ваше решение зависит от этой цифры, её нужно получить из расчёта поставщика подшипников, а не из эмпирического правила.

Проверьте поставленный зазор, прежде чем принять партию

Проверка зазора на стенде не даёт того же значения, что и каталожное, потому что измерительная нагрузка сама раскрывает зазор. Таблица одного производителя подшипников требует корректировать измеренное значение, добавляя табличную величину для измерительной нагрузки, прежде чем сравнивать его с диапазоном класса²¹.

Без этой коррекции показание будет больше истинного зазора, поэтому подшипник, который туже заказанного вами класса, может пройти проверку.

• ✓Убедитесь, что в чертеже или заказе на покупку указаны класс зазора и классы посадок вместе, а не только класс.
• ✓Получите числовой диапазон по классу и диаметру отверстия из ISO 5753-1 или каталога поставщика, прежде чем устанавливать приёмочный предел.
• ✓Запросите у поставщика значения коррекции на измерительную нагрузку, применимые к вашему диаметру отверстия и классу.
• ✓Укажите, проверяется ли зазор до или после монтажа, и внесите поправку на посадку, если проверка проводится после.
• ✓Для цилиндрических роликоподшипников убедитесь, что зазор Normal является предполагаемой отправной точкой, а не перенесённым значением C3 по умолчанию.

Где источники расходятся

Класс по умолчанию для режима работы электродвигателя — главный открытый вопрос, и единственные опубликованные цифры зазора в этом наборе взяты со страницы одного поставщика. Прочтите обе стороны, прежде чем фиксировать класс в спецификации.

Прежде чем запрашивать предложение

• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: в этом наборе источников нет полной числовой таблицы зазоров по классам и диаметру отверстия (C2, CN, C3, C4, C5) из нормативного или авторитетного технического источника; получите её из ISO 5753-1 или у поставщика подшипников.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет читаемой формулы расчёта уменьшения зазора от натяга и температурной разницы; формулы в источниках — изображения. Попросите поставщика рассчитать потерю для вашего отверстия, посадки и температур.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: не дано авторитетного правила изменения зазора в мкм на °C или по диапазонам скорости; не применяйте коэффициент из этой статьи.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: в этом наборе нет таблицы прямого соответствия конкретной посадки вала или корпуса (k5, m5, j5, H7, J7, K7) рекомендуемому классу зазора; правила посадок аргументируются только текстом.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: не дано количественной оценки штрафа по усталостной долговечности, грузоподъёмности или тепловыделению при изменении класса на одну ступень; запросите её у поставщика, если решение от неё зависит.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: не показаны поправочные значения измерительной нагрузки или критерии приёмки по классам; получите их у поставщика или из стандарта, прежде чем писать пункт приёмки.
• Запросите письменное предложение с основой цены, минимальным объёмом заказа, оснасткой, условиями оплаты и сроком производства.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: класс C5 не покрыт ни одним источником в этом наборе.
• Запросите полную спецификацию с единицами измерения, условиями испытаний и допущениями по конфигурации.