Класи допусків вала та корпуса для підшипників кочення: як вибір посадки визначає внутрішній зазор

Спочатку визначте, яке кільце обертається відносно навантаження

Вибір посадки починається з одного питання: напрямок навантаження обертається відносно кільця чи кільце залишається нерухомим під навантаженням? Кільце, що обертається відносно навантаження, схильне повзати по своїй посадковій поверхні, якщо посадка його не утримує, тож ця поверхня потребує посадки з натягом або перехідної.

Кільце з нерухомим напрямком навантаження залишається на місці, тож посадка із зазором допустима й часто бажана, бо дозволяє кільцю зміщуватися вздовж осі. Обидві посадкові поверхні табульовано окремо.

На валу навантаження на внутрішнє кільце, що обертається, вимагає класів із натягом, як-от h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 або r6 залежно від навантаження та діаметра, тоді як навантаження на нерухоме внутрішнє кільце використовує g6, де кільце має рухатися плавно, або h6, де це не потрібно².

У корпусі навантаження на нерухоме зовнішнє кільце використовує класи із зазором H7, H8, G7 або F7, тоді як навантаження на зовнішнє кільце, що обертається, — M7, N7 або P7⁵. Обидві таблиці є функціями типу навантаження, типу підшипника та розміру, тож клас не можна обрати лише за напрямком навантаження²⁵.

Помилка тут коштує двічі. Вільна посадкова поверхня дозволяє доріжці кочення обертатися та фретинговати об вал або корпус, а поверхня, що належним чином не підтримує тонку доріжку, скорочує термін служби і може змусити переточувати вал або корпус до встановлення підшипника на заміну¹¹.

Зчитування класу вала з таблиці навантаження та діаметра

Для внутрішнього кільця, що обертається, клас вала табульовано проти величини навантаження та діаметра вала, а посадка визначена відносно нормального допуску отвору підшипника — тож той самий клас літери означає різний абсолютний натяг за різних діаметрів²¹².

Наведена нижче таблиця охоплює легкий і нормальний випадки навантаження для підшипників із циліндричним отвором класів 0, 6X і 6; важке або ударне навантаження зміщує клас до n6, p6 або r6 і вимагає підшипника з більшим за стандартний внутрішнім зазором². Важливі два послаблення.

Там, де потрібна висока точність, js5, k5 і m5 замінюють js6, k6 і m6². Для однорядних конічних роликопідшипників і радіально-упорних кулькових підшипників k5 і m5 можна замінити на k6 і m6, оскільки зменшенням внутрішнього зазору через посадку там можна знехтувати².

Зчитування класу корпуса з таблиці навантаження та можливості зміщення

Клас корпуса залежить від того, чи має зовнішнє кільце залишатися осьово зміщуваним, від типу навантаження та від того, наскільки гарячими є вал і внутрішнє кільце. Тож єдиний типовий клас хибний для зовнішнього кільця, що обертається, або для гарячого вала⁵.

Де навантаження на зовнішнє кільце нерухоме, а кільце має легко зміщуватися, звичайний вибір — H7; для великого підшипника або великого перепаду температур між зовнішнім кільцем і корпусом можна застосувати G7⁵. Де вал і внутрішнє кільце працюють гарячими, клас корпуса переходить до G7, а для великого підшипника або великого перепаду температур — до F7⁵.

Навантаження на зовнішнє кільце, що обертається, не зміщуване і отримує M7, N7 або P7 залежно від навантаження та перерізу корпуса⁵.

Перевірте, чи не з'їдає натяг внутрішній зазор

Посадка з натягом розширює внутрішнє кільце, і це розширення зменшує виготовлений, тобто цеховий, внутрішній зазор підшипника¹⁹. Щільна посадка в корпусі робить те саме ззовні, стискаючи зовнішнє кільце, тож обидва зменшення додаються³.

Якщо зменшення не враховано, цехового зазору може не вистачити, щоб узагалі лишити робочий зазор, і підшипник може перейти до негативного зазору, надмірного тертя та ранньої відмови³¹⁹. Зменшення — це не просто номінальний натяг.

Ефективний натяг обчислюють як дві третини номінального натягу мінус розмір сплющування, для внутрішнього кільця і для зовнішнього, а результатна зміна зазору залежить від ефективного натягу, діаметра вала, що сполучається, та товщини стінки отвору корпуса⁹. Саме тому клас посадки та клас зазору слід обирати разом, а не послідовно.

Де посадка щільна, робоча температура стабільно висока або частоти обертання виходять за стандартний діапазон, правильний вибір — більший клас зазору, як-от C3; C4 зарезервовано для винятково високих температур, значного теплового перепаду між валом і корпусом, тонкостінних корпусів або сильного перекосу²⁰.

Один постачальник називає C3 типовою рекомендацією для багатьох поширених промислових електродвигунів і редукторів — це позиція того постачальника, а не правило для кожного застосування²⁰.

Температурний перепад і схема з вільною стороною

Зазор також зміщується з температурою. Якщо внутрішнє кільце або вал очікується гарячішим і розширюється більше, ніж зовнішнє кільце або корпус, зазор у роботі падає, тож вищий радіальний зазор бажаний від початку; якщо зовнішнє кільце розширюється більше, ніж внутрішнє, зазор натомість зростає⁴.

Ту саму логіку віддзеркалює клас зазору: C3, коли робоча температура стабільно висока, посадки щільні або частоти обертання понад стандарт, і C4, коли тепловий перепад між валом і корпусом значний²⁰. Підшипник на вільній стороні — інший шлях поглинути цей рух.

Він компенсує розширення або усадку, спричинені зміною робочої температури, і там, де на вільній стороні використано нерозбірний підшипник, між зовнішнім кільцем і корпусом передбачено посадку із зазором, у деяких випадках також між валом і внутрішнім кільцем²¹. Ця посадка із зазором — свідомий тепловий захід, а не варіант із більшим зазором посадки фіксувальної сторони.

Обмежте натяг з обох кінців

Посадка має бути достатньо щільною, щоб зупинити повзання кільця, і достатньо вільною, щоб не перевантажити його. Правильні посадки запобігають обертанню доріжки кочення відносно вала або корпуса та фретингу й заїданню, що за ними йдуть, і підтримують відносно тонкі доріжки підшипника; допустимі допуски вала та корпуса лише трохи більші за допуски сполучених компонентів підшипника¹¹.

Запресування внутрішнього кільця додає до окружного напруження в кільці. Для одного конкретного випадку — радіально-упорний кульковий підшипник з отвором 120 мм як упорний підшипник головного вала зі сталі M50 для турбореактивного двигуна — джерело рекомендує, щоб ця складова окружного напруження від запресування не перевищувала близько 140 МПа¹⁷.

Це значення походить з одного високошвидкісного аерокосмічного застосування і не є загальнопромисловою межею; сприймайте його як нагадування, що максимальний натяг обмежений напруженням у кільці, і запитайте у постачальника підшипників про межу, що стосується саме вашого підшипника.

Оберіть метод монтажу, що дозволяє досягти посадки

Натяг на кресленні має бути досяжним без пошкодження доріжки кочення. Підшипники з циліндричним отвором зазвичай монтують запресуванням або нагріванням внутрішнього кільця, щоб розширити його отвір перед складанням — гаряча посадка²⁶.

Для більших підшипників або більшого натягу монтаж із нагрівом зменшує ризик пошкодження доріжки кочення під час запресування, а там, де зовнішньому кільцю потрібна посадка з натягом, підшипник можна попередньо охолодити сухим льодом, із завчасно нанесеним антикорозійним покриттям²⁶. Інструмент важить не менше за температуру.

Преси для підшипників, індукційні нагрівачі або гідравлічні преси слід використовувати залежно від типу підшипника та посадки, і зусилля ніколи не можна прикладати безпосередньо до тіл кочення — лише до кільця, що монтується¹³.

Що підтвердити на кресленні до замовлення

Посадки записують як комбінації літери та цифри, як-от m6 і H7, де мала літера означає зовнішній діаметр вала, а велика — отвір корпуса, і кожна з них визначена відносно нормального допуску отвору або зовнішнього діаметра підшипника¹².

Оскільки ті нормальні допуски зростають із розміром підшипника, той самий клас дає іншу абсолютну посадку на більшому підшипнику, тож креслення неповне без класу допуску підшипника, відносно якого воно визначене¹². Джерела не дають числових значень геометрії або шорсткості посадкових поверхонь, тож їх слід записати як пункти перевірки, а не скопійовані числа.

• ✓Вкажіть клас допуску підшипника, відносно якого визначена посадка, у позначенні за ISO, DIN, ANSI/ABEC або JIS, з яким працює постачальник [S12][S14][S25]
• ✓Підтвердіть клас вала проти випадку навантаження та фактичного діапазону діаметра вала, а не типовий клас [S2]
• ✓Підтвердіть клас корпуса проти потреби зовнішнього кільця у зміщенні та температури вала [S5]
• ✓Вкажіть клас внутрішнього зазору (CN, C3 або C4) і посадку, з якою його обрано [S20]
• ✓Вимагайте від виробництва перевірити діаметр вала, отвір корпуса, шорсткість поверхні та форму до складання [S11]
• ✓Попросіть постачальника підтвердити очікуване зменшення зазору для заданої посадки [S19][S9]
• ✓Назвіть метод монтажу та інструмент, щоб заданий натяг був досяжним без пошкодження доріжки кочення [S26][S13]

Де джерела розходяться або мовчать

Наведені вище таблиці походять із настанов постачальників із вибору посадок, і вони вказують не в один бік. Рядки нижче тримають кожну позицію окремо; докази не з'ясовують, яка з них стосується конкретної машини, тож покупець звіряє з фактичним застосуванням.

Чого джерела не встановлюють

• Жодне джерело не дає числових значень відхилень отвору та зовнішнього діаметра Δdmp/ΔDmp для конкретного підшипника, тож фактичний натяг за цією статтею обчислити неможливо.
• Жодне джерело не дає числових діапазонів радіального внутрішнього зазору для CN, C3 чи C4 до монтажу.
• Жодне джерело не дає повної формули коефіцієнта співвідношення кілець для зменшення зазору; вказано лише коефіцієнт 2/3 та розмір сплющування G*.
• Жодне джерело не дає числових розрахунків теплового розширення або перепаду температур, за якого C3 чи C4 стає необхідним.
• Жодне джерело не дає формули мінімального натягу для запобігання просковзуванню чи фретингу, або загальної межі максимального натягу для тріщин чи окружних напружень.
• Жодне джерело не дає числових вимог до шорсткості поверхні (Ra), циліндричності, круглості чи перпендикулярності буртика.
• Жодне джерело не дає досяжних чи необхідних значень натягу або значень монтажної сили для запресовування, індукційного нагріву, впорскування оливи чи гідравлічної гайки.
• Жодне джерело не дає числових геометричних допусків посадкових місць вала чи корпусу щодо допусків підшипника.