КОНТРОЛЬ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ ГЛАДКИМИ КАЛИБРАМИ

В основу конструирования гладких калибров (рис. 3.33) по­ложен принцип Тейлора или принцип подобия, согласно которому проходные калибры должны являться прототипом сопрягаемой де­тали и контролировать в комплексе все виды погрешностей данной поверхности (проверка диаметра и погрешности, формы, включая отклонения от прямолинейности оси отверстий). Это обеспечивает собираемость соединения. Непроходные калибры должны обеспе­чивать поэлементный контроль (контроль собственно размеров), следовательно, контакт между рабочими поверхностями калибров и контролируемой поверхностью должен быть точечным.

|-0-|о,0012

Рис. 3.33. Калибры

Полностью отвечающий принципу Тейлора рабочий калибр для контроля отверстия должен иметь проходную сторону в виде цилиндра с длиной, равной длине сопряжения или контролируе­мой поверхности (полная пробка), и непроходную сторону в виде неполной пробки со сферическими наконечниками. Рабочий ка­либр для контроля вала должен иметь проходную сторону в виде кольца с длиной, равной длине сопряжения или контролируемой поверхности, и непроходную сторону в виде скобы с ножевыми по­верхностями.

Контроль размеров отверстий обычно производится проход­ными и непроходными калибрами-пробками. Для контроля отвер­стий малых и средних размеров обычно проходной и непроходной калибры изготавливают в виде полных пробок, причем непроход­ная пробка имеет меньшую длину, чем проходная. Для отверстий больших диаметров чаще используют калибры с рабочими поверх­ностями в виде неполной пробки, например листовая пробка с ци­линдрическими рабочими поверхностями, причем длина рабочих поверхностей непроходной пробки существенно меньше, чем у про­ходной. Контроль каждой пробкой осуществляется в нескольких поперечных сечениях отверстия (контролируется как минимум два взаимно перпендикулярных сечения).

Проходные калибры для валов обычно делают в виде скоб с плоскопараллельными рабочими поверхностями и проверяют по­верхность в нескольких сечениях по длине и не менее чем в двух взаимоперпендикулярных направлениях каждого сечения,

Если детали годные, то в соответствии с названием проход­ные калибры (ПР) должны проходить по контролируемой поверх­ности, а непроходные (НЕ) — не должны проходить под действием собственного веса.

При контроле гладкими калибрами следует соблюдать ряд правил, в частности пользоваться только калибрами, предназна­ченными для данного случая (рабочие, как правило, используют новые проходные калибры, работники ОТК могут использовать частично изношенные). Необходимо следить за чистотой измери­тельных поверхностей, не пытаться силой проталкивать проходные и непроходные калибры, во избежание нагрева не следует держать калибры в руках дольше, чем это необходимо.

Виды гладких нерегулируемых калибров для контроля ци­линдрических отверстий и валов устанавливает ГОСТ 24851-81, в котором различным конструктивным разновидностям присвоены номера вида (1...12) и соответствующие наименования.

Существуют три варианта исполнения гладких калибров:

1. Однопредельные пробки или скобы (проходные, маркируе­мые ПР, и непроходные — НЕ), применяемые преимущественно при контроле относительно больших размеров.

2. Двухнедельные двусторонние калибры, которые несколь­
ко ускоряют контроль. Они предусмотрены для сравнительно не­
больших размеров 1...10 мм (калибры-скобы) и 1...50 мм (калибры-
пробки).

3. Односторонние двухнедельные калибры, которые ком­
пактнее и практически вдвое ускоряют контроль. Такие калибры
предусмотрены для широкого диапазона размеров.

Односторонние скобы, начиная с размеров свыше 200 мм для контроля валов до 8-го квалитета включительно, обязательно должны снабжаться теплоизоляционными ручками-накладками.

Конструктивно гладкие калибры могут выполняться регули­руемыми и нерегулируемыми.

Допуски на измерительные поверхности гладких калибров установлены — для размеров до 500 мм (ГОСТ 24853-81) и для размеров 500...3150 мм (ГОСТ 24852-81). Допуски на калибры должны быть значительно меньше допусков тех деталей, для кон­троля которых они предназначены.

Калибры для размеров свыше 500 мм, согласно ГОСТ 24852-81 применяют только для контроля деталей 9... 17-го квалитетов и имеют единую схему расположения полей допусков.

Расчет калибров сводится к определению исполнительных размеров измерительных поверхностей, ограничению отклонений их формы и назначению оптимальной шероховатости. Оптималь­ной называют шероховатость, обеспечивающую минимальный из­нос и сохраняющуюся в процессе длительной эксплуатации изде­лия. Началом отсчета отклонений для проходных гладких калибров является проходной предел вала или отверстия, для не­проходных — их непроходной предел. На проходные калибры кро­ме допуска на изготовление отдельно предусматривают еще допус­тимую границу износа.

При необходимости высокоточного контроля внутренних раз­меров для контроля калибров-скоб в процессе их доводки при их изготовлении и для быстрого определения момента полного изна­шивания используют гладкие контрольные калибры. Контрольные калибры из-за малости допусков рабочих калибров, для контроля которых они предназначены, выполнены как нормальные, а не предельные калибры, и годность рабочих калибров определяется с применением субъективной оценки соответствия проверяемых раз­меров контрольным шайбам. Контрольные калибры изготавлива­ются для непроходной стороны К-НЕ и для проходной стороны К-ПР и КИ. Калибр КИ предназначен для контроля допустимого из­носа проходной стороны и может рассматриваться как предельный калибр, контролирующий границу допустимого износа.

Контрольные калибры (или при размерах до 180 мм блоки концевых мер) предназначены для ускорения проверки оконча­тельных размеров проходной и непроходной сторон при изготовле-

нии нерегулируемых или установке регулируемых скоб (К-ПР и К-НЕ), а также для контроля момента полного износа проходных ка­либров-скоб в процессе их эксплуатации (КИ). Размеры калибров-пробок во всех случаях проверяют универсальными измеритель­ными средствами, что для наружных поверхностей не представляет сложности.

Принцип Тейлора используют и при конструировании калиб­ров для контроля сложных поверхностей деталей. Широко применя­ют калибры для контроля шлицевых и резьбовых поверхностей дета­лей. Например, для контроля шлицевых втулок рабочий проходной калибр изготавливают в виде шлицевого вала, что позволяет одно­временно контролировать размеры по наружному и внутреннему диаметрам шлицевой втулки, а также взаимное расположение на­ружной и внутренней цилиндрических поверхностей втулки, шаг и направление шлиц, ширину впадин. Для контроля непроходных пределов (пределов минимума материала детали) используют ком­плект непроходных калибров, обеспечивающих проверку собственно размеров элементов шлицевой втулки. Диаметры контролируют пробками, причем для внутреннего диаметра применяют неполную или полную пробку, а для наружного диаметра шлицевой втулки ис­пользуют неполную пробку. В комплект входит и рабочий калибр для контроля ширины шлиц.

Для контроля резьбы применяют рабочую проходную резьбо­вую пробку с резьбой полного профиля и длиной, равной длине резьбового сопряжения. В комплект непроходных резьбовых калиб­ров входят рабочий непроходной резьбовой калибр с укороченным профилем резьбы и уменьшенной длиной резьбовой части, а также гладкие калибры для контроля диаметра выступов. Непроходной резьбовой калибр должен свинчиваться с ответной деталью не бо­лее чем на полтора витка.

НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ И

ПОСАДКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Подшипники качения широко используются в изделиях ма-шино- и приборостроения в качестве опор валов и осей. По сравне­нию с подшипниками скольжения (посадка с зазором в сопряжении вала и втулки) эти опоры обеспечивают меньшие энергетические затраты на вращение и более стабильный момент сопротивления. Достоинством опор с трением качения является также низкий мо­мент, необходимый для начала движения.

К недостаткам подшипников качения можно отнести более сложную конструкцию и большие габариты, чем у подшипников скольжения. Подшипник качения, как правило, состоит из наруж­ного и внутреннего колец, между которыми располагаются тела ка­чения (шарики или ролики). Тела качения могут быть разделены сепаратором, они могут быть открыты или защищены от попадания

грязи. Подшипники качения — это наиболее распространенные стандартные изделия множества конструкций и модификаций, ко­торые изготавливаются на специализированных заводах.

Для того чтобы по возможности сократить размеры опор на подшипниках качения, в принципе можно использовать, нестан­дартные подшипники, в которых дорожки качения выполняются непосредственно на валу и в корпусе. Однако нестандартные под­шипники изготовитель должен разрабатывать и изготавливать са­мостоятельно, что не только существенно увеличит трудоемкость всей конструкции, но дополнительно потребует применения особо точного оборудования и работы специалистов высокой квалифика­ции. Поэтому в большинстве случаев выгоднее пользоваться гото­выми стандартными подшипниками.

Конструктивные разновидности подшипников классифици­рованы по следующим признакам:

По направлению действия воспринимаемой нагрузки:

а) радиальные — воспринимают нагрузку, действующую пер­
пендикулярно оси вращения подшипника;

б) упорные — воспринимают осевую нагрузку;

в) радиально-упорные — воспринимают комбинированную
нагрузку.

По форме тел качения: шариковые и роликовые.

Различают также серии подшипников: сверхлегкая, особо легкая, легкая, легкая широкая, средняя, средняя широкая, тяже­лая. Подшипники различных серий отличаются друг от друга пре­дельным числом оборотов в минуту, допускаемой радиальной или осевой нагрузкой и коэффициентом работоспособности.

В обозначение подшипника входят кодовые обозначения се­рии, типа, конструктивных особенностей и диаметра присоедини­тельного отверстия подшипника (диаметр вала, сопрягаемого с данным подшипником). Полное обозначение стандартного под­шипника без указания точности включает семь позиций цифр, в которых, считая справа налево, закодированы:

диаметр присоединительного отверстия подшипника (пози­ции первая и вторая);

тип подшипника (третья позиция);

серия подшипника (четвертая и при необходимости седьмая позиции);

конструктивные особенности (пятая и шестая позиции).

Диаметр отверстия подшипника обозначается:

для подшипников с диаметром присоединительного отвер­стия 20 мм и более числом, которое представляет собой частное от деления диаметра на 5;

для подшипников с диаметрами от 10 до 17 мм в соответствии с приведенной ниже кодовой таблицей:

14. Зак. 3005.

d 10 12 15 17

обозначение 00 01 02 03

для подшипников с диаметром до 9 мм последняя цифра ука­зывает фактический внутренний диаметр в миллиметрах. В этом случае на 3-м месте справа стоит «О».

В коды серии, типа и конструктивных особенностей подшип­ника входят нули, которые в обозначениях подшипника при отсут­ствии цифр слева не указывают, например «Подшипник 205» ТУ2—034—203—83 — радиальный однорядный, легкой серии, с диа­метром отверстия 25 мм (в обозначении использованы только три позиции справа).

Класс точности подшипника качения указывают перед ус­ловным обозначением подшипника, например «Подшипник 6-205» ТУ2—034—203—83 (тот же подшипник, но класса точности 6). Самый распространенный (самый грубый) класс точности подшипника (класс 0) в обозначении не указывают.

Подшипники одного типоразмера обладают функциональной взаимозаменяемостью, включая геометрическую взаимозаменяе­мость по присоединительным поверхностям. Присоединительные размеры подшипника качения включают наружный диаметр D на­ружного кольца подшипника, внутренний диаметр d внутреннего кольца подшипника и ширину Ъ. Тела качения внутри одного под­шипника взаимозаменяемы (внутренняя взаимозаменяемость), а для колец разных экземпляров подшипников взаимозаменяемость не обязательна.

Для обеспечения малых допусков зазоров тела качения и кольца подшипников сортируют по размерным группам и собирают селективным способом. Особенности изготовления подшипников связаны с необходимостью достижения очень высоких точностей обработки тел качения и дорожек качения на внутренних и на на­ружных кольцах, причем повышенные требования предъявляются не только к размерам, но и к форме обрабатываемых поверхностей. Каждый из подшипников формируется «индивидуально», подбором тел качения одного действительного диаметра и пары колец в та­ком сочетании, которое обеспечивает необходимое значение ради­ального зазора при сборке. В связи с тем что подшипники выпус­каются массово, вместо жесткого ограничения допусков размеров оказывается значительно более дешевым решением использование в производстве селективной сборки. Сортировка с учетом затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования в данном случае ока­зывается рентабельнее, чем обработка поверхностей деталей с очень жесткими допусками.

Точность подшипников качения

Качество подшипника определяется точностью изготовления его деталей и точностью сборки. ГОСТ 520-89 «Подшипники каче-

ния шариковые и роликовые. Технические требования» устанавли­вает пять классов точности подшипников: 0, 6, 5, 4, 2 (обозначения указаны в порядке возрастания точности).

Основными показателями точности подшипников и их дета­лей являются:

точность размеров присоединительных поверхностей (d, dcp, D, Z)_Cp). Средний диаметр наружной или внутренней цилинд­рической поверхности следует определять потому, что при наличии таких отклонений формы, как овальность и конусообразность, можно получить различные значения диаметра в разных сечениях. Средний диаметр определяют расчетом как среднее арифметиче­ское наибольшего и наименьшего значений диаметра, измеренных в 2 экстремальных сечениях кольца;

точность формы и расположения поверхностей колец (ради­альное и торцовое биение, непостоянство ширины колец) и шерохо­ватость их поверхностей;

точность формы и размеров тел качения;

боковое биение по дорожкам качения внутреннего и наруж­ного колец.

Эти показатели определяют равномерность распределения нагрузки на тела качения, точность вращения и в значительной степени срок службы.

В связи с тем что стандартное сопряжение подшипника с от­ветными деталями образуется как сочетание полей допусков при­соединительных размеров подшипниковых колец со стандартными полями допусков валов и отверстий, есть возможность достижения повышенной точности посадки с перераспределением точности за счет ужесточения допусков на размеры подшипников. Таким обра­зом, появляется необходимость создания специальных стандартов на поля допусков присоединительных размеров подшипников.

Расположение полей допусков присоединительных размеров подшипниковых колец (рис. 3.34) стандартизовано таким образом,

чтобы получить необходимые их сочетания со стандартными по­лями допусков, которые наибо­лее часто используются в общем машиностроении. Посадки под­шипника на вал должны, как правило, обеспечивать натяг, но стандартные посадки с натягом в данном случае не годятся, по­скольку они могут привести к исчезновению радиального за-Рис. 3.34. Расположение полей³°Р^{а из}-^за Деформации колец. допусков присоединительныхД^ля образования посадок со размеров колец подшипниковсравнительно малыми, но га-

рантированными натягами было принято оригинальное решение: поле допуска отверстия внутреннего кольца подшипника располо­жили односторонне от номинала в «воздух», а не в «тело детали» (что принято для основного отверстия). В результате сочетание та­кого поля допуска отверстия подшипника с полями допусков типа тб или пб сопрягаемых валов дает посадки с натягом, в то время как с основным отверстием такие поля допусков дают переходные посадки.

Для присоединительных размеров наружных колец подшип­ников качения оказалось вполне достаточно использовать стан­дартные поля допусков отверстий корпусов в сочетании с традици­онно расположенным полем допуска вала (наружного кольца подшипника). Повышенные требования к точности присоедини­тельных размеров подшипников и в этом случае привели к стан­дартизации допусков, отличных от обычных допусков на гладкие валы (по квалитетам).

Посадки подшипников качения

Выбор полей допусков поверхностей валов и корпусов, сопря­женных с кольцами подшипников, регламентируется ГОСТ 3325-85. Этот стандарт распространяется на посадочные поверхности ва­лов и отверстий корпусов под подшипники качения, отвечающие следующим требованиям:

1.Валы стальные, сплошные или полые толстостенные, т.е. с
отношением dido < 1,25, где d — диаметр вала, do — диаметр отвер­
стия в нем.

2. Материал корпусов — сталь или чугун.

3. Температура нагрева подшипников при работе не выше
100 °С.

Посадки подшипников, определяемые полями допусков валов и отверстий корпусов, выбирают в зависимости от:

вида нагружения кольца подшипника;

режима работы подшипника;

соотношения эквивалентной нагрузки Р и каталожной дина­мической грузоподъемности С;

типа, размера и класса точности подшипника.

Различают три основных вида нагружения колец подшипника: местное (М), циркуляционное (Ц) и колебательное (К). На рис. 3.35 показаны схемы нагружения: местное нагружение наружного кольца (о), циркуляционное нагружение внутреннего кольца (б) и колеба­тельное нагружение обоих колец (в).

При местном нагружении (а) кольцо воспринимает постоян­ную по направлению результирующую радиальную нагрузку огра­ниченным участком окружности дорожки качения и передает ее со­ответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такой вид нагружения имеет место, например, тогда, ко-

Рис. 3.35. Виды нагружения колец подшипников

гда кольцо неподвижно относительно нагрузки (наружные кольца подшипниковых опор валов в редукторе и т.п.).

При циркуляционном нагружении (б) кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно всей окружностью дорожки качения и передает ее также всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, когда кольцо вращается относительно неподвижной нагрузки (внутреннее кольцо вала ре­дуктора) или вращается нагрузка, а кольцо неподвижно.

При колебательном нагружении (в) на неподвижное кольцо одновременно действуют две радиальные нагрузки (одна постоянна по направлению, а другая, меньшая по величине, вращается). Рав­нодействующая нагрузка не совершает полного оборота, а колеб­лется между точками дуги окружности.

Посадки следует выбирать так, чтобы вращающееся кольцо подшипника было смонтировано с натягом, исключающим возмож­ность проскальзывания этого кольца по посадочной поверхности вала или отверстия в корпусе, другое кольцо может быть установ­лено с зазором.

Посадку с зазором назначают для кольца, которое испытыва­ет местное нагружение. При такой посадке устраняется опасность заклинивания шариков из-за чрезмерного уменьшения радиально­го зазора. Кроме того, кольцо, если оно не зажато в осевом направ­лении, под действием вибрации и толчков постепенно проворачи­вается по посадочной поверхности, благодаря чему износ дорожки качения происходит равномерно по всей окружности кольца.

Посадку с натягом назначают для кольца, которое испытыва­ет циркуляционное нагружение. Наличие зазора между циркуля-ционно нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к развальцовыванию и истиранию металла детали, что недопустимо.

Режим работы подшипника качения по ГОСТ 3325—85 харак­теризуется расчетной долговечностью и отношением Р/С, где Р —

эквивалентная нагрузка (условная постоянная нагрузка, обеспечи­вающая тот же срок службы подшипника, какой должен быть в действительных условиях); С— динамическая грузоподъемность (постоянная радиальная нагрузка, соответствующая расчетному сроку службы):

легкий режим работы —

нормальный режим работы —

тяжелый режим работы —

Расчетная долговечность, соответствующая режимам работы:

тяжелый — более 10000 ч;

нормальный — от 5000 до — 10000 ч;

легкий — от 2500 до 5000 ч.

Как уже отмечалось выше, опоры на подшипниках качения имеют большие габариты, чем опоры на подшипниках скольжения. Для уменьшения габаритов опор оба кольца подшипников делают как можно тоньше, поэтому они становятся легко деформируемыми и в значительной мере повторяют форму сопрягаемых с ними по­верхностей. В связи с этим приходится предъявлять повышенные требования к точности формы поверхностей деталей, сопрягаемых с подшипниками качения. Отклонения формы, расположения и ше­роховатость таких поверхностей нормированы ГОСТ 3325-85.

Наибольшую опасность представляют такие погрешности формы, как кону сообразность и овальность, поскольку именно эти погрешности приводят к значительному перераспределению ради­ального зазора (уменьшению его вплоть до полного исчезновения в неблагоприятных местах сечений).

Чем выше требования к точности опор на подшипниках ка­чения и выше класс точности подшипников, тем жестче требования к точности форм сопрягаемых с подшипником поверхностей. Так для поверхностей, сопрягаемых с подшипниками классов точности О и 6, допуск формы (допуск цилиндричности или заменяющие его допуски круглости и профиля продольного сечения) должен состав­лять не более 1/4 части допуска размера, для поверхностей, сопря­гаемых с подшипниками классов точности 5 и 4, — не более 1/8 части допуска размера, а для поверхностей, сопрягаемых с под­шипниками класса точности 2, — не более 1/16 допуска размера со­ответствующей поверхности.

Следует отметить, что ограничения, наложенные стандартом на форму поверхностей, сопрягаемых с подшипниками, могут не совпадать со стандартными допусками формы по ГОСТ 24642—81. Однако существует возможность согласовать эти требования за счет ужесточения «расчетных» допусков до ближайших стандартных общетехнических значений. Еще одна особенность подшипниковых посадок заключается в том, что стандарт предъявляет определен­ные требования не только к цилиндрическим поверхностям, сопря­гаемым с подшипниками, но и к привалочным плоскостям, в кото-

рые упираются торцы наружного и внутреннего колец подшипни­ков. На эти поверхности (буртики валов и заплечики корпусов) на­значаются допуски торцового биения и высотные параметры шеро­ховатости поверхностей.

Шероховатость посадочных поверхностей, сопрягаемых с кольцами подшипника деталей, зависит от диаметра и класса точ­ности подшипника. Эта зависимость представлена в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Стандарт нормирует также торцовое биение заплечиков ва­лов и отверстий корпусов и отклонения от соосности посадочных поверхностей подшипников относительно их общей оси. Допуск со­осности задают в диаметральном выражении на диаметре посадоч­ной поверхности, а количественные значения допусков соосности зависят от группы подшипника.