Содержание7
Шейка 20 мм ещё не задаёт подшипник. Без радиальной и осевой силы, оборотов и требуемых часов в узел можно поставить любой подшипник 204, и ресурс кончится раньше, чем заложено в приводе. Ниже — как по силе, частоте и заданным часам выбрать подшипник качения для подшипникового узла: исходные, номер 204, расчёт базового ресурса L10 и проверка крепления по оборотам.
Коротко: базовый ресурс шарикоподшипника L10 = (C/P) в третьей степени, в миллионах оборотов. Подшипник 204 по ГОСТ 8338-75 имеет размеры 20×47×14 мм, в ISO это 6204. При C = 12,7 кН, P = 1,5 кН и 1000 об/мин расчёт даёт около 10 100 ч; рост P до 2,0 кН сбрасывает ресурс примерно до 4 270 ч. Предельную частоту корпусной вставки задаёт крепление на валу, она ниже карточки открытого 204.
Подшипниковый узел: что именно подбирают по нагрузке и ресурсу
Корпусной подшипниковый узел — это подшипник-вставка, корпус и способ фиксации на валу. Формулировка «корпус узел подшипников это» означает ровно эту тройку: вставка, корпус и крепление на валу. Узлом комплект становится, когда крепление на валу названо и узел можно проверить по оборотам.
Дальше предмет один: подшипник качения внутри подшипникового узла. Его задают радиальная и осевая силы, частота вращения и базовый ресурс. Ход расчёта один при любой форме корпуса: сначала силы и часы, затем типоразмер, затем проверка, выдерживает ли частота выбранное крепление.
Сквозной пример — подшипник 204: шариковый радиальный однорядный лёгкой серии с отверстием 20 мм. По нему ниже разобраны номер, посадочные размеры и численный ресурс. Если в заявке уже указан корпусной подшипниковый узел, способ фиксации вставки на валу входит в исходные наравне с силами: от него зависят предельные обороты и допустим ли реверс.
От обзорного перечня корпусов этот расчёт отличается ходом. Подшипниковый узел здесь назначают по нагрузке и ресурсу вставки. Подшипник 204 удобен как общий пример: отверстие 20 мм встречается и в открытой установке, и в корпусной вставке того же габарита, а числа L10 на нём читаются без перехода к другому ряду. В чертёж поэтому попадают номер, силы, обороты и часы вместе с отверстием 20 мм.
Какие силы, обороты и ресурс задают до выбора типоразмера
Без этих величин типоразмер не назначают. В заявке на подшипниковый узел собирают минимум: радиальную нагрузку Fr в ньютонах или килоньютонах и характер (постоянная, переменная); осевую нагрузку Fa, если она есть, и какая опора её принимает; частоту n в оборотах в минуту; требуемый ресурс в часах; вращение в одну сторону или реверс; температуру; для корпусного узла — уже выбранное крепление.
| Величина | Единица | Пример | Зачем в расчёте |
|---|---|---|---|
| Радиальная нагрузка Fr | Н или кН | 1,5 кН | Входит в эквивалентную P |
| Осевая нагрузка Fa | Н или кН | 0 | Вклад в P и опора, которая её берёт |
| Частота вращения n | об/мин | 1000 | Перевод L10 в часы |
| Требуемый ресурс | ч | 10 000 | С чем сравнивают L10h |
| Направление вращения | — | реверс или одно | Выбор крепления на валу |
| Температура | °C | фактическая | Удлинение вала |
| Доля времени режима | % | по циклу | Эквивалент по времени, пик отдельно |
| Крепление вставки | — | винты, кольцо, втулка | Предел частоты узла |
Эквивалентную P считает тот, кто назначает подшипник: конструктор приносит силы. Радиальная нагрузка входит в P всегда. Эквивалентная динамическая нагрузка P включает вклад осевой нагрузки, когда Fa не ноль. В ресурс идёт эквивалент по времени, пик удара проверяют отдельно по статической грузоподъёмности. Число C0 без каталога марки не ставят.
Обозначение 204: серия, отверстие и размеры по ГОСТ 8338
Номер 204 читают слева направо. Первая цифра 2 — лёгкая серия. Две последние, 04, — код отверстия: для кодов от 04 и выше диаметр отверстия d = код × 5 = 20 мм. Признак типа «шариковый радиальный однорядный» в коротком номере опущен: его держат по умолчанию.
Посадочные размеры подшипника 204 задаёт ГОСТ 8338-75: d = 20 мм, D = 47 мм, B = 14 мм. Тот же габарит в системе ISO обозначают 6204. Класс точности в базовом номере не записан. Без префикса это нормальный класс 0 по ГОСТ 520. Группу радиального зазора указывают отдельно; суффикс зазора к номеру 204 сам по себе не приписывают.
Динамической грузоподъёмности в таблице размеров нет. C — каталожная величина производителя, её не выводят из d, D и B.
В заявке рядом ставят ISO-обозначение 6204: это тот же габарит 20×47×14 мм. Соседний номер 304 — средняя серия, при отверстии 20 мм у него другие наружный диаметр и ширина, по ГОСТ 8338-75 это 20×52×15 мм.
| Элемент номера | Смысл | Для 204 |
|---|---|---|
| 2 | Лёгкая серия | серия 2 |
| 04 | Код отверстия: d = код × 5 | 20 мм |
| тип | Шариковый радиальный однорядный, в коротком номере опущен | не записан |
| d×D×B | Посадочные размеры по ГОСТ 8338-75 | 20×47×14 мм |
| ISO | Тот же габарит | 6204 |
| Класс точности | В базовом номере отсутствует | без префикса — класс 0 по ГОСТ 520 |
| Группа зазора | Указывают отдельно | в номере 204 нет |
Пример расчёта базового ресурса по C, P и частоте
Исходные называют до результата. Подшипник 204, шариковый. Динамическая грузоподъёмность C = 12,7 кН — величина из каталога производителя, не из ГОСТ 8338-75. Перед заказом C сверяют с карточкой 6204 этой марки и при другом C пересчитывают часы. Радиальная нагрузка Fr = 1,5 кН, осевая Fa = 0, значит эквивалентная динамическая нагрузка P = 1,5 кН. Частота n = 1000 об/мин.
Базовый ресурс L10 определяется отношением динамической грузоподъёмности C к эквивалентной динамической нагрузке P: для шарикоподшипника по ISO 281 и ГОСТ 18855-94 L10 = (C/P)3 в миллионах оборотов. L10h = 106 × L10 / (60 × n). У роликового подшипника степень 10/3, здесь её не используют. C и P подставляют в одной единице. Смешение Н и кН ломает отношение C/P.
Чисто радиальный режим: C/P = 12,7 / 1,5 = 8,467; (12,7 / 1,5)3 = 606,9 млн оборотов; L10h = 606,9 × 106 / (60 × 1000) = 10 115 ч. Для сравнения режимов эту величину пишут как около 10 100 ч.
Если осевая сила поднимает P до 2,0 кН при тех же C и n, C/P = 6,35, (12,7 / 2,0)3 = 256,05 млн оборотов, L10h = 4 267 ч, около 4 270 ч. Базовый ресурс L10 сокращается с ростом P в (2,0/1,5)3 = 2,37 раза. При Fa ≠ 0 формула P = X·Fr + Y·Fa, но X, Y и порог e берут только из каталога при данном Fa/C0.
L10 достигают 90 % подшипников при заданных условиях. Загрязнение, нехватка смазки и перекос снижают фактические часы. Коэффициенты берёт каталог марки. Если нужные часы выше расчёта, берут типоразмер с большей C или снижают P. Часы в заявке не округляют в сторону запаса молча.
Корпусной подшипниковый узел: как крепление ограничивает обороты
Предельную частоту корпусного подшипникового узла задаёт крепление вставки на валу. Она ниже, чем у открытого радиального шарикоподшипника того же габарита. Крепление установочными винтами снижает допустимую частоту относительно открытого подшипника 204. Частоту с карточки 6204 на вставку не переносят.
Установочные винты немного смещают ось подшипника относительно оси вала. На повышенных оборотах это смещение даёт вибрацию, на обычных частотах — нет. Оба направления вращения винты держат, вал с реверсом для них допустим.
Эксцентриковое кольцо фиксируют по направлению вращения вала и стопорят винтом. Направление пишут в заявке до монтажа. При частом быстром реверсе кольцо может ослабнуть, для такого режима это крепление не выбирают. Эксцентриковое кольцо уступает при реверсе креплению установочными винтами.
На закрепительной втулке подшипник надвигают до рекомендованного уменьшения радиального внутреннего зазора. Для габарита 204 остаточный зазор критичен для ресурса: слабый натяг даёт риск проворота, лишний зажим выбирает зазор и перегревает дорожки. Втулка добавляет детали, зато даёт высокую силу зажима, малую вибрацию и более высокую допустимую частоту, чем винты.
| Крепление | Реверс | Вибрация на повышенных оборотах | Предельная частота относительно открытого подшипника того же размера | Что записать в заявке |
|---|---|---|---|---|
| Установочные винты | оба направления | смещение оси; вибрация на высоких n, на обычных часто нет | ниже открытого шарикоподшипника | фактическая n и признак реверса |
| Эксцентриковое кольцо | не для частого быстрого реверса | кольцо стопорят по направлению вращения | ниже открытого, направление до монтажа | направление вращения вала |
| Закрепительная втулка | оба направления, зажим втулкой | малая вибрация, высокий зажим | выше, чем у винтов; не с карточки 6204 | остаточное уменьшение радиального зазора |
Фиксирующая и плавающая опоры: куда уходит осевая сила
Вал при нагреве удлиняется. Если обе опоры подшипникового узла зафиксированы вдоль оси, стеснённое удлинение создаёт осевое нагружение. Отказ приходит даже тогда, когда радиальный расчёт L10 формально сходится: дорожки работают с распором, которого в исходных Fr и Fa не было.
Для компенсации теплового удлинения одну опору делают фиксирующей, вторую — плавающей. Фиксирующая и плавающая опоры разделяют восприятие осевой нагрузки. Осевую нагрузку воспринимает фиксирующая сторона. Плавающая сторона обязана допускать осевое смещение вала и берёт только радиальную нагрузку.
Схема читается в заявке одной пометкой: какая опора фиксирующая. На плавающей стороне в эквивалентную P подставляют радиальную силу этой опоры, без осевой. На фиксирующей в P входят и Fr этой опоры, и вся Fa узла — через каталожные X и Y, как в примере с ростом P. Если плавающую сторону тоже лишить осевого хода, компенсация удлинения пропадает, и в подшипниках появляется осевой распор. Для подбора подшипника достаточно разделить силы по опорам и записать это в исходных.
В заявке это две строки. Фиксирующая опора: Fr этой стороны и Fa узла. Плавающая опора: только Fr, осевой ход свободен. Тепловое удлинение тогда не превращается в лишнюю осевую силу, и радиальный L10 описывает режим без распора.
Что указать в заявке и на чертеже шейки, чтобы L10 совпал с режимом
В заявке повторяют исходные второго раздела, обозначение, каталожное C и пометку, какая опора фиксирующая. На чертеже вала к этому добавляют геометрию шейки. Заплечик упирают в торец кольца, галтель не упирается в его фаску.
- Радиальная нагрузка Fr и характер: постоянная или переменная.
- Осевая нагрузка Fa и какая опора её принимает.
- Частота n, об/мин.
- Требуемый ресурс L10h, часы.
- Направление вращения: одно или реверс.
- Температура узла.
- Обозначение подшипника 204 или 6204 и каталожная C производителя.
- Какая опора фиксирующая и какая плавающая.
- Шейка вала: диаметр и поле допуска по ГОСТ 3325 под режим; заплечик; галтель без упора в фаску кольца; шероховатость; направление вращения.
Посадочные шейки и торцы вала под внутреннее кольцо точим на токарной обработке: диаметр, заплечик и галтель задаёт чертёж. Если вал идёт целиком, ведём его как валы по чертежу — шейки и заплечики в одном маршруте. Шероховатость после шлифовки посадочных шеек держит рабочий зазор подшипника. Когда исходные собраны, чертёж отправляют на расчёт и сверяют базовый ресурс L10 с режимом подшипникового узла до запуска.
Источники. Предельная частота вставки, крепление винтами, эксцентриковое кольцо, закрепительная втулка, фиксирующая и плавающая опоры — корпусные подшипниковые узлы.