Команда технического обслуживания напрессовывает подшипник 6205 на вал, который был восстановлен с помощью сварки и ручной токарной обработки. Подшипник вставляется двумя легкими ударами, и они завершают работу. Восемь недель спустя на седле вала появились ржаво-коричневые следы от истирания, внутреннее кольцо сместилось на несколько градусов вокруг седла, а смазка полна мелкого железного порошка. В их таблице допусков на прессовую посадку подшипников нет ничего неправильного. Они прочитали не ту строчку.
Таблица допусков прессовой посадки выполняет ровно одну задачу. Он преобразует класс допуска вала или корпуса в диапазон натяга, обычно указываемый в микронах, для данного отверстия подшипника. Он не скажет вам, выдержит ли это седло повышение температуры на 90 градусов, сползет ли кольцо под вращающейся нагрузкой или какое усилие потребуется прессу. Порядок работы прост: выберите посадку по направлению нагрузки и вращению, определите полученное натяг, затем проверьте потерю зазора и усилие прижатия. Все нижеследующее следует этому порядку.
Что преобразует таблица допусков прессовой посадки
Помехи — это длина, а не процент. Для внутреннего кольца подшипника на валу это наружный диаметр вала минус диаметр отверстия подшипника, а положительное число означает, что кольцо необходимо растянуть, чтобы оно поместилось. Отрицательные числа описывают зазор, а не посадку, и именно отсюда появляются скользящие кольца.
Почти каждая опубликованная диаграмма построена на основе классов допусков ISO 286. На валах имеются строчные буквы, такие как j, js, k, m, n, p и r; На корпусах указаны заглавные буквы, такие как H, J, K, M, N и P. Цифра после буквы обозначает класс, а класс 6 является обычным выбором для седел подшипников, поскольку класс 7 почти удваивает диапазон, не принося никакой реальной выгоды.
Сложность, которую большинство диаграмм скрывают в сноске, заключается в том, что отверстие подшипника качения не является номинальным отверстием. Подшипники нормального класса изготавливаются с отверстием номинального размера или меньшего, но не большего, поэтому диапазон отклонений варьируется от нуля до отрицательного предела. Для отверстия диаметром 25 мм этот диапазон составляет от 0 до минус 10 микрон; для отверстия диаметром 100 мм оно составляет от 0 до минус 20 микрон. Практическим последствием является то, что фактические помехи, которые вы получаете, больше, чем предполагает одно только отклонение вала, а разница между самым свободным и самым тугим узлом шире, чем предполагает большинство проектировщиков.
Полосы отверстий подшипников относятся к нормальному классу допуска, а значения натяга складывают полную отрицательную полосу отверстия против отклонения вала, поэтому правый столбец описывает диапазон наихудшего случая, а не одно фиксированное значение.
Отверстие подшипника (мм)
Допуск отверстия (микрон)
Посадка вала
Результирующая интерференция (микроны)
с 10 до 18
от 0 до минус 8
к6
от 1 до 20
с 18 до 30
от 0 до минус 10
к6
от 2 до 25
с 18 до 30
от 0 до минус 10
м6
с 8 до 31
от 30 до 50
от 0 до минус 12
м6
с 9 до 37
от 50 до 80
от 0 до минус 15
n6
от 20 до 54
от 80 до 120
от 0 до минус 20
n6
от 23 до 65
Посмотрите, какой широкий правый столбец. Седло диаметром от 30 до 50 мм на валу M6 может иметь толщину 9 или 37 микрон, в зависимости от того, где вал и кольцо приземляются внутри своих собственных полей допуска. Если схема работает только на одном конце этого диапазона, диаграмма не решила проблему; он только переместил его в цех.
Изделия с тонкими кольцами больше всего страдают от такого разброса. Стандартный радиальный шарикоподшипник имеет стенку внутреннего кольца, достаточно тонкую, чтобы несколько дополнительных микрон натяга поглощали измеримый внутренний зазор, поэтому одна линия диаграммы, подходящая для роликового подшипника тяжелого сечения, может быть слишком агрессивной для маленького шарикоподшипника того же диаметра отверстия.
Вращение и направление нагрузки определяют, какое кольцо затянуто
Диаграмма дает вам цифры, а не решения. Решение начинается с одного вопроса: какое кольцо вращается относительно направления нагрузки? Какое бы кольцо ни воспринимало вращающуюся нагрузку относительно вектора нагрузки, оно должно быть посажено с натягом, поскольку в противном случае кольцо будет проскальзывать вокруг своего седла с небольшими приращениями, изнашивать седло и в конечном итоге разрушать как отверстие, так и вал.
На входе типичного электродвигателя или коробки передач внутреннее кольцо вращается вместе с валом, в то время как направление нагрузки остается примерно фиксированным в пространстве. Это внутреннее кольцо имеет плотную посадку на валу, обычно k6 или m6, а внешнее кольцо работает в корпусе H7 или J7, что обеспечивает легкую посадку с нажимом или даже небольшой зазор. Переверните конструкцию, как это происходит со ступицей колеса или натяжным шкивом, где нагрузка вращается вместе с внешним кольцом, и логика меняется на противоположную: корпус становится плотным посадкой, а вал становится свободным.
Если на оба кольца воздействует вращающаяся нагрузка или ударные нагрузки меняют направление, ни одно седло не может ослабнуть. Двухрядные радиально-упорные подшипники распространены в этой ситуации, поскольку они воспринимают комбинированные радиальные и осевые нагрузки с обоих направлений, а их два ряда распределяют нагрузку, поэтому давление на седло остается умеренным. Конструкторы, которые их задают, обычно оставляют вал на уровне m6, а корпус на уровне N7 или P7, а не ослабляют одну сторону.
Одну деталь легко упустить из виду. Для фиксированно-плавающей конструкции требуется один подшипник, расположенный в осевом направлении, и один, который может скользить, а плавающий подшипник должен работать с зазором или переходной посадкой, чтобы вал мог расти без нагрузки на тела качения. Блокировка обоих концов плотной посадкой превращает температурный рост в проблему с предварительной нагрузкой.
Чтение чисел помех
Помехи не масштабируются в зависимости от размера отверстия
Распространено предположение, что увеличение диаметра отверстия вдвое увеличивает помеху в два раза. Это не так, по крайней мере, для фиксированного класса допуска. Отклонения вала класса 6 растут медленно с увеличением диаметра, поскольку они построены на основе единицы допуска, которая увеличивается пропорционально кубическому корню из диаметра, в то время как полоса отверстия подшипника увеличивается с шагом, установленным стандартом. На диаграмме ниже показано, что это означает на практике.
Рисунок 1. Средний натяг, создаваемый посадкой вала M6 для пяти диапазонов размеров отверстий.
Считайте столбцы средними, а не целевыми. Переход от диаметра отверстия от 10 до 18 мм к диаметру от 80 до 120 мм примерно удваивает среднее натяжение, примерно с 13 микрон до примерно 24 микрон, в то время как сам диаметр увеличивается в шесть и более раз. Этот зазор существует потому, что единица допуска за валом класса 6 растет гораздо медленнее, чем номинальный диаметр. Практический эффект заключается в том, что маленькие подшипники оказываются пропорционально более плотными с точки зрения деформации колец, чем большие подшипники того же класса посадки. Это объясняет, почему седло K6, которое кажется мягким за 100-миллиметровым подшипником, может казаться отчетливо твердым за 15-миллиметровым подшипником, а также почему небольшие высокоскоростные шпиндели часто перемещаются на один уровень свободнее. Используйте высоту стержня, чтобы определить направление и величину изменения, а затем подтвердите фактические предельные отклонения в действующей редакции стандарта, прежде чем резать металл.
Термический рост может стереть припадок
Вмешательство не является постоянным. Когда наружное кольцо нагревается сильнее, чем корпус, или когда корпус расширяется быстрее, чем сталь подшипника, посадка ослабляется. На следующей диаграмме показано, какая часть воздействия холода сохраняется при повышении температуры для трех распространенных материалов корпуса.
Рисунок 2. Процент исходных помех, сохраняющихся при повышении рабочей температуры, в зависимости от материала корпуса.
Алюминиевые корпуса являются крайним случаем в этом сравнении. Их тепловое расширение примерно в два раза больше, чем у подшипниковой стали, поэтому корпус, который выдерживает воздействие 20 микрон при температуре 20 градусов, может потерять большую часть этой прочности к тому времени, когда температура достигнет 80 градусов. Стальной корпус в сочетании со стальным подшипником гораздо более стабилен, поскольку обе части растут почти с одинаковой скоростью, а посадка почти не перемещается. Чугун находится между ними, и это одна из причин, по которой он по-прежнему популярен для изготовления корпусов коробок передач и насосов. Урок заключается в том, что посадку следует оценивать при рабочей температуре, а не на сборочном стенде, и что любой алюминиевый корпус, несущий вращающуюся нагрузку, требует более тяжелого класса, такого как M6 или N6, просто для того, чтобы сохранять контакт, когда он горячий. Если корпус нагревается и ему не может быть присвоен более тяжелый класс, осевой фиксирующий выступ или концевой зажим являются более надежным решением, чем добавление дополнительных помех. Температура также объясняет, почему подшипник, который был исправен на испытательном стенде, все еще может продолжать работать после увеличения мощности двигателя.
Усилие сборки, потеря зазора и выбор посадки
Пресс-сила линейно следует за вмешательством
Сила прессования решает, будет ли работа выполняться с помощью оправочного пресса, гидравлического пресса или молотка, который никто не должен использовать. Он поднимается по прямой линии с натягом, что позволяет легко оценить его по таблице перед заказом отдельной детали. Приведенные ниже значения рассчитаны для подшипника с диаметром отверстия 40 мм и внутренним кольцом шириной 15 мм, напрессованным на прочный стальной вал.
Рисунок 3. Расчетное усилие сборки для подшипника с диаметром отверстия 40 мм и внутренним кольцом шириной 15 мм на цельном стальном валу.
Каждые дополнительные 5 микрон натяга добавляют примерно 3,6 кН монтажной силы, то есть того типа прямой зависимости, которую вы можете удержать в голове, сидя на верстаке. Линейность полезна, поскольку позволяет определить размер пресса по таблице без выполнения полного расчета контактного напряжения, а также объясняет, почему совокупность допусков сильнее всего проявляется во время сборки. Седло толщиной около 15 микрон может потребовать вдвое большей ожидаемой силы, если вал и кольцо приземлятся на тугой конец своих лент. Усилие также является сигналом качества, который стоит записать: если подшипник, которому требуется усилие 12 кН, скользит вручную, значит, размер седла недостаточен, а если требуется гораздо больше, чем расчетное, седло имеет слишком большой размер, конусообразно или повреждено. Полный Последовательность установки двухрядных радиально-упорных подшипников Стоит прочитать, прежде чем применять какое-либо из этих чисел, потому что сила всегда должна проходить через устанавливаемое кольцо, а не через шарики.
Само по себе вмешательство не является признаком пригодности. Класс, который выглядит плотным в микронах, все равно может быть легко собрать, если седло короткое и кольцо маленькое, а класс, который выглядит умеренным, может оказаться неудобным, если корпус тонкостенный. Приведенная ниже радиолокационная диаграмма оценивает три распространенных класса валов по пяти практическим критериям.
Рисунок 4. Относительная оценка трех классов посадки вала по пяти практическим критериям выбора.
js6 легко собрать и легко снять, но он обеспечивает наименьшее сопротивление ползучести, поэтому он подходит для легких, устойчивых, практически невращающихся грузов, где фиксирующий буртик уже предотвращает осевое перемещение. k6 является универсальным решением для нормальных радиальных нагрузок на вращающееся внутреннее кольцо, и его по-прежнему можно разобрать с помощью стандартного съемника. m6 меняет удобство сборки на более надежный захват, а это то, что действительно нужно при тяжелых или ударных нагрузках, тонкостенном корпусе или алюминиевом седле. Ни один из трех не выигрывает по каждой оси, и в этом смысл их сравнения таким образом, а не чтения одной интерференционной фигуры. Если в истории отказов вашей машины преобладают вибрация и проскальзывание, примите более плотную сборку и запланируйте правильный пресс с контролируемым датчиком усилия. Если доступ для обслуживания является реальным ограничением, примите более свободный класс и добавьте элемент осевой фиксации, чтобы кольцо не могло перемещаться.
Практический контрольный список перед тем, как приступить к настройке
Определите, какое кольцо вращается относительно направления нагрузки. Это кольцо имеет посадку с натягом, а другое — с переходом или с зазором.
Преобразуйте класс отверстия подшипника в диапазон отклонения. Отверстия обычного класса никогда не бывают слишком большими, поэтому диапазон всегда идет от нуля вниз.
Проверьте помехи при рабочей температуре, а не при комнатной температуре, особенно в случае корпусов из алюминия или магния.
Оцените усилие прессования по таблице и сравните его с силой прессования и усилием крепления, которое кольцо может безопасно выдержать.
Убедитесь, что зазор, потребляемый натягом, не превышает половины внутреннего зазора подшипника.
Убедитесь, что ваш процесс обработки действительно обеспечивает указанный вами допуск. Ни одна диаграмма не выдержит токарного станка, который не может выдержать 10 микрон.
Ничто из этого не заменяет стандарт. Диаграмма — это ярлык для таблиц ISO, и эти таблицы меняются в зависимости от редакции. Диаграмма дает вам быстрый способ проверить работоспособность конструкции до того, как она попадет в цех: сначала диапазон помех, затем тепловые потери, затем усилие прижима, в последнюю очередь сопротивление ползучести. В Нинбо Ваньшунь подшипник Мы производим радиально-упорные и двухрядные радиально-упорные подшипники диаметром от 10 до 120 мм, и мы предпочитаем отвечать на вопрос о пригодности до включения пресса, чем после того, как седло вала будет утилизировано.
