что такое натяг подшипника
Внутренний зазор и предварительный натяг подшипников
Подшипники используются в конструкциях фиксирующих либо плавающих опор. Для плавающих опор применяют посадку подшипника с зазором, обеспечивающим подвижность внешнего кольца подшипника в осевом направлении (схемы а, б). Обычно плавающей делают опору, которая несёт меньшую часть радиальной нагрузки. При создании фиксирующей опоры длинного вала часто используют два подшипника для увеличения жёсткости (схема б). Температурное перемещение обеспечивается посадкой радиального шарикоподшипника с зазором (внешнее кольцо подвижно) либо применением радиального роликоподшипника с цилиндрическими роликами.
Схемы установки подшипников
Наружные и внутренние кольца фиксирующих опор неподвижны (схема в, г) в осевом направлении и препятствуют смещению вала в ту или в другую сторону. Применение фиксирующих опор допустимо при установке коротких валов враспор в условиях незначительного нагрева. Вал с фиксирующими опорами удобен при монтаже, но требует контроля линейных допусков и учёта теплового расширения, чтобы предотвратить заклинивание тел качения. Для радиально-упорных подшипников установка враспор должна включать возможность осевой регулировки.
Величина внутреннего зазора определяет взаимное расположение пары однорядных радиально-упорных шарикоподшипников. Внутренний зазор выставляют после их монтажа, причём осевую фиксацию обеспечивает второй подшипник.
Предварительный натяг
Правильно рассчитанный преднатяг может заметно увеличить долговечность подшипников шпинделя станка во всём диапазоне скоростей вращения. Величина преднатяга рассчитывается при разработке дизайна шпинделя, причём в расчёте нужно учесть сложную динамику, тепловой баланс, а также их влияние на величину натяга при высоких скоростях вращения шпинделя. Центробежные силы, действующие на тела качения, прижимают их к наружному кольцу подшипника, увеличивая преднатяг от лёгкого до среднего или сильного. Без учёта этих процессов, увеличивающих крутящий момент и нагрев подшипника, можно не продлить, а сократить срок его службы. Неверно рассчитанный преднатяг, повышенная нагрузка, нагрев и ускоренный износ тел качения уменьшают ресурс подшипника.
Сегодня отсутствует единый стандарт, нормирующий преднатяг, и разные производители подшипников используют различные его определения. Код класса преднатяга может включаться в обозначения подшипников.
Способы выполнения предварительного натяга
Регулировка преднатяга выполняется двумя основными способами:
Подшипник следует нагружать не более, чем это задано нормами эксплуатации, поскольку сила преднатяга устанавливает баланс параметров жесткость /крутящий момент / увеличение рабочей температуры.
Твердый преднатяг требует точного соблюдения разности уровней торцевых поверхностей наружного и внутреннего колец подшипника. При монтаже подшипника, крышка или гайка сжимает кольца, уравнивая их торцевые поверхности. Сила, возникшая при уравнивании торцов, эквивалентна полному статическому преднатягу подшипника. Допуски обработки торцов колец подшипников от разных производителей заметно различаются, конструкторы должны учитывать это при расчёте желаемого преднатяга. В отсутствие единого промышленного стандарта, критичные параметры допусков нередко упускают при выборе подшипника.
После сборки подшипников со свободными допусками преднатяга в узел, результирующий натяг в подшипниках может существенно измениться. В худшем случае, суммарный преднатяг может уменьшиться, что приведёт к снижению жесткости узла, уводу инструмента, падению точности, потере динамической стабильности, значительному сокращению срока службы инструмента и узла в целом. Проблема контроля и соблюдения допусков становится особо критичной при аварийных ремонтах и замене подшипников в «полевых условиях».
При скоростях вращения выше 350 000 DN (= D внутренний диаметр подшипника, мм * N скорость вращения, об/с) разгрузка может привести к аварии подшипникового узла. Кроме проскальзывания и нагрева, в подшипниках возникают другие нежелательные явления, в том числе деградация смазки, неравномерная нагрузка на тела качения, ведущая к разрушению сепаратора.
Комплекты подшипников имеют три группы зазора:
Комплекты подшипников имеют три группы натягов:
Подшипники с предварительным натягом предназначены только для парной установки, так как возрастает риск увеличения предварительного натяга.
Таблица 1: Осевой внутренний зазор спаренных однорядных радиально-упорных шарикоподшипников установленных по О-образной или Х-образной схемам
 |  | ||||||||
| Диаметр | Осевой внутренний зазор отверстия Класс | ||||||||
| d | CA | CB | CC | ||||||
| более | включая | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | ||
| мм | мкм | ||||||||
| 10 | 18 | 5 | 13 | 15 | 23 | 24 | 32 | ||
| 18 | 30 | 7 | 15 | 18 | 26 | 32 | 40 | ||
| 30 | 50 | 9 | 17 | 22 | 30 | 40 | 48 | ||
| 50 | 80 | 11 | 23 | 26 | 38 | 48 | 60 | ||
| 80 | 120 | 14 | 26 | 32 | 44 | 55 | 67 | ||
| 120 | 180 | 17 | 29 | 35 | 47 | 62 | 74 | ||
| 180 | 250 | 21 | 37 | 45 | 61 | 74 | 90 | ||
| 250 | 315 | 26 | 42 | 52 | 68 | 90 | 106 | ||
Таблица 2: Предварительный натяг однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, предназначенных для универсального монтажа по О-образной или Х-образной схемам
 |  | |||||||||||
| Диаметр отверстия | Преднатяг Класс | |||||||||||
| d | GA | GB | GC | |||||||||
| от | включая | мин. | макс | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. | мин. | макс. |
| мм | мкм | N | мкм | N | мкм | N | ||||||
| 10 | 18 | +4 | -4 | 80 | -2 | -10 | 30 | 330 | -8 | -16 | 230 | 660 |
| 18 | 30 | +4 | -4 | 120 | -2 | -10 | 40 | 480 | -8 | -16 | 340 | 970 |
| 30 | 50 | +4 | -4 | 160 | -2 | -10 | 60 | 630 | -8 | -16 | 450 | 1 280 |
| 50 | 80 | +6 | -6 | 380 | -3 | -15 | 140 | 1 500 | -12 | -24 | 1 080 | 3 050 |
| 80 | 120 | +6 | -6 | 410 | -3 | -15 | 150 | 1 600 | -12 | -24 | 1 150 | 3 250 |
| 120 | 180 | +6 | -6 | 540 | -3 | -15 | 200 | 2 150 | -12 | -24 | 1 500 | 4 300 |
| 180 | 250 | +8 | -8 | 940 | -4 | -20 | 330 | 3 700 | -16 | -32 | 2 650 | 7 500 |
| 250 | 315 | +8 | -8 | 1 080 | -4 | -20 | 380 | 4 250 | -16 | -32 | 3 000 | 8 600 |
Отдел продаж: +7 (812) 449 03 35 (Санкт-Петербург, Россия)
+7 905 953 13-62 и +7 962 833 45-67 (Новосибирск)
Технический обзор: предварительно нагруженные подшипники
В случае с шарикоподшипниками предварительная нагрузка (натяг) часто неправильно понимается разработчиками и пользователями, а потому игнорируется.
При сборке подшипников одним из заключительных этапов является сборка отдельных компонентов: наружного кольца, внутреннего кольца, шаров и фиксатора или сепаратора шаров. При выполнении этой процедуры важно контролировать внутренний зазор или дистанцию между кольцами и шарами, в большинстве каталогов это называется радиальный зазор. В некоторых случаях, для правильной работы подшипника, данный внутренний зазор должен быть полностью удален. Применение осевой нагрузки на пару подшипников с целью удаления внутренних зазоров – называется предварительной нагрузкой.
Если в рабочих условиях подшипник имеет радиальный ход, что означает, что одни из подшипников может перемещаться радиально и в осевом направлении друг относительно друга. Во время вращения данный зазор может приводить к колебаниям и непериодическому биению. Подобные биения и колебания неприемлемы в таких установках как станки, электродвигатели, оптические датчики, расходомеры и высокоскоростные ручные инструменты. Применение осевой предварительной нагрузки заставляет шары соприкасаться с дорожками качения, устанавливая контактный угол, который заставляет шары равномерно распределиться по дорожке качения.
Предварительный натяг в опорах и дуплексация подшипников качения
1. Предварительный натяг в опорах с подшипниками качения
Зазоры в подшипниках и упругие деформации его деталей при работе под действием нагрузки вызывают осевые и радиальные вибрации вала, которые в ряде машин и механизмов недопустимы. Жесткость опор на подшипниках качения может быть значительно повышена при создании предварительного натяга. В обычных подшипниках относительное осевое смещение колец под действием осевой нагрузки слагается из свободного перемещения в пределах имеющейся в подшипнике осевой игры, а также от упругой деформации рабочих поверхностей в местах контакта тел качения с дорожками качения. Сущность предварительного натяга заключается в том, что пара подшипников получает предварительную осевую нагрузку, которая ликвидирует осевую игру в комплекте, создавая начальную упругую деформацию в местах контакта рабочих поверхностей колец с телами качения. Если затем к подшипнику приложить рабочую осевую нагрузку, то относительное перемещение его колец вследствие дополнительной деформации рабочих поверхностей будет значительно меньше, чем до создания предварительного натяга.
Предварительный натяг вызывает одинаковую деформацию в обоих подшипниках, а вал на участке установки пары подшипников испытывает растяжение от нагрузки Ао (рис. 1, а).
Рис. 1. Опора на подшипниках с предварительным натягом до (а) и после (б) приложения рабочей осевой нагрузки А
После приложения рабочей осевой нагрузки А увеличивается нагружение подшипника 1 (рис. 1, б) и уменьшается нагружение подшипника 2, а растягивающее усилие на валу уменьшается на величину Т. В результате давление на шарики подшипника 2 составит Ао–Т, а давление на шарики подшипника 1 будет А+Ао–Т. По мере увеличения осевой рабочей нагрузки А при определенном соотношении сил подшипник 2 и вал будут полностью разгружены от усилия, а подшипник 1 будет находиться только под действием внешней осевой нагрузки А.
Предварительный натяг увеличивает внутреннее трение в подшипниках (особенно конических), однако под действием рабочей нагрузки создание предварительного натяга на внутреннее трение практически не влияет.
По мере износа тел и дорожек качения в процессе эксплуатации предварительный натяг будет уменьшаться, и если не принять соответствующие меры, то в подшипнике образуется осевая игра на величину зазора. Для сохранения в подшипниковых узлах предварительного натяга в процессе эксплуатации, предусматривают в них компенсирующие устройства, поддерживающие предварительный натяг на постоянном уровне, что сохраняет работоспособность механизма (шлифовального шпинделя станка).
Минимальный предварительный натяг для радиально-упорных подшипников:
где Fr – радиальная нагрузка на подшипник, Н; Fa – осевая нагрузка, Н; α° – угол контакта.
Знак «+» относится к подшипнику, воспринимающему действующую осевую нагрузку; знак «–» – к подшипнику, который под действием внешней осевой нагрузки разгружается от усилий предварительного натяга. Усилие предварительного натяга А0min выбирают по наибольшему из двух полученных значений.
Предварительный натяг подшипников обычно заключается в принудительном смещении одного из колец подшипника в осевом направлении относительно другого кольца на величину, соответствующую требуемому предварительному натягу. Это достигается приложением постоянной предварительной нагрузки.
С предварительным натягом устанавливают подшипники шариковые радиальные, радиально-упорные, роликовые конические, а также подшипники с короткими цилиндрическими роликами типа 3182000, монтируемые на конусную шейку вала с натягом, способным вызвать расширение внутреннего кольца и полностью ликвидировать в подшипнике радиальный зазор.
Основные методы выполнения предварительного натяга у радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников: при помощи прокладок или втулок разной длины (рис. 2, а), путем осевого сжатия друг с другом наружных и внутренних колец; с помощью пружин, опирающихся на кольцо подшипника (рис. 2, б); регулирующей гайкой (рис. 2, а), доведенной до соприкосновения с кольцом подшипника и затем завернутой на заранее установленный угол, исходя из требуемого осевого смещения кольца, или крышкой. Сборка должна быть выполнена с учетом компенсации погрешностей колец подшипников.
Рис. 2. Создание предварительного натяга с помощью: а – втулок различной длины; б – пружин
Подшипники, работающие с предварительным натягом, должны быть тщательно подобраны попарно, с минимальной разницей допусков на ширину колец и отклонениями от параллельности торцовых поверхностей, а также с минимальными значениями радиального биения посадочных цилиндрических поверхностей и осевого биения торцов, т.е. должна быть произведена их дуплексация.
2. Дуплексация подшипников
Дуплексация подшипников – подбор комплекта шариковых радиально-упорных подшипников по параллельности беговой дорожки и торцов, доработка по точности посадочных поверхностей деталей, их соединяющих, для выбора зазоров (рис. 3).
Рис. 3. Дуплексация подшипников: а – определением размера внутреннего кольца; б – определением размера наружного кольца
Точность сопрягаемых с подшипниками деталей должна соответствовать указанной в чертежах точности подшипников, применяемых в сборочной единице. Например, цилиндричность и конусность отверстия шариковых радиально-упорных подшипников для внутришлифовального шпинделя станка, параллельность беговой дорожки и торцов, радиальное биение и параллельность торцов подшипников – не более 0,5 мкм. Допуск точности шариков по размеру и форме – не более 0,125 мкм. Разброс угла контакта шариков с дорожками качения – не более 1-2° у пары подшипников.
При дуплексированной установке этой пары подшипников необходимо обеспечить точность шеек шпинделя и посадочных отверстий в корпусе под подшипники: круглость – 0,5-2 мкм, овальность – 1-3 мкм, радиальное биение относительно оси – 1-2 мкм, несоосность отверстий под подшипники в корпусе – 2 мкм на длине 400 мм, шероховатость поверхности – Ra=0,025-0,1 мкм. В зависимости от радиального размера подшипников величина осевого усилия, которым обеспечивается предварительный натяг подшипников, может изменяться от 30 до 60 кГ.
Предварительный натяг подшипников. Преднатяг.
Сущность предварительного натяга заключается в том, что пару подшипников предварительно нагружают осевой силой, которая устраняет осевой зазор в комплекте, создавая начальную упругую деформацию в местах контакта рабочих поверхностей колец с телами качения. Если затем к подшипнику приложить рабочую осевую нагрузку, то относительное перемещение его колец вследствие дополнительной деформации рабочих поверхностей будет значительно меньше, чем до создания предварительного натяга. Предварительный натяг вызывает одинаковую деформацию в обоих подшипниках.
Подшипники, установленные с преднатягом, работают в более тяжелых условиях, так как повышаются нагрузки на тела качения, момент сопротивления вращению и износ, а также снижается ресурс подшипника.
Способы регулирования предварительного натяга:
1. установкой прокладки нужной толщины между внутренними (или наружными) кольцами двух радиально-упорных шарикоподшипников с последующим стягиванием наружных (или внутренних) колец до исчезновения просвета между ними.
2. применением сдвоенных радиально-упорных шарикоподшипников, у которых одна пара колец соприкасается, а между другой парой колец имеется зазор, путем стягивания этих колец до исчезновения зазора.
3. установкой между наружными и внутренними кольцами пары шарикоподшипников двух втулок или прокладок различной высоты и последующим стягиванием колец до выборки зазора.
4. нажатием на наружное кольцо подшипника при неподвижном внутреннем с помощью витых или тарельчатых пружин.
С предварительным натягом устанавливают подшипники шариковые радиальные, радиально-упорные, роликовые конические, а также подшипники с короткими цилиндрическими роликами типа 3182000, монтируемые на конусную шейку вала с натягом, способным вызвать расширение внутреннего кольца и полностью устранить в подшипнике радиальный зазор.
Переборка КПП ч.4 — преднатяг подшипников
Продолжаем.
Несмотря на имеющиеся в мануале данные о предельных значениях люфтов заднего и переднего подшипника первичного вала, заднего пш вторичного вала и заднего пш дифференциала, выставить преднатяг возможно только для вторичного вала и дифа.
Если посмотреть по каталогу, то стопорные кольца на подшипниках первичного вала существуют различной толщины, вот только фиксируют они внутреннее кольцо подшипника, который уже и так запрессован на валу и никуда ходить не может.
У меня кольцо 4324436500, что на заднем пш первичного вала, свободно вращалось даже будучи зажатым стопорным кольцом. Померил старое кольцо, по размерам — 1,87 мм, то есть второй размер (4324534187).
Заказал пару следующих размеров — 4324534194 (1,94 мм), 4324534201 (2,01 мм), 187 р за оба. Поставил самое толстое, но всё равно шайба вращается. Хотя я не вижу большого смысла добиваться неподвижного состояния этой шайбы.
По преднатягу вторичного вала и дифференциала — всё, как в мануале:
Далее разбираем, замеряем толщину деформированного припоя и подбираем регулировочное кольцо по табличке.
У меня нашлась как раз такая паяльная проволока с флюсом, но на 1,5 мм в диаметре
Сначала дифференциал (собирал-разбирал отдельно для дифа и отдельно для вала):
Теперь по табличке к 1,15 мм добавляем среднее (0,05…0,17 мм) и подбираем кольцо. Я выбрал 4333137250 на 1,25 мм (30 р)
С подшипником вала такая проволока не подошла (диаметр маловат).
Нашел обычную оловянно-свинцовою проволоку, откусил пару кусков, подложил-затянул.
Вот здесь, кстати, видно, что подшипник первичного вала не зажимается половиной корпуса кпп:
Ориентируясь по таблице, ещё принимая во внимание, что такой сплав плющится куда хуже проволоки с припоем, выбрал кольцо на 1,88 мм артикул 4322722880 за 157 р.
Ну всё, накидываем герметик на плоскость верхней половины корпуса, затягиваем с указанным выше моментом
обязательно нужно не забыть развернуть «молоточек» оси шестерни задней скорости широкой стороной к отверстию в стенке корпуса кпп, чтобы потом можно было зафиксировать его болтом снаружи
собираем всё в той же последовательности, как разобрали, затягиваем гайки валов с усилием 140-160 Нм и закерняем обратно
При установке крышки нужно совместить паз на конусе задней передачи
с фиксирующим выступом на крышке
иначе крышка просто не закроется.
До кучи заменил шаровую опору вилки сцепления 4147132000, которую купил к замене сцепления, но забыл поменять
Направляющую выжимного подшипника хорошо очищаем и смазываем, на шаровую опору тоже наносим смазку.
Состояние корзины сцепления:
Конечно, новое масло
Заливал шприцом от МАСТАК, артикул 13211000
Цвет масла для сравнения:
один и тот же ZIC GFT 75w85 132624. В шприце — свежий, в бутылке — залитый 10 месяцев назад, на котором накатал почти 13.000 км (продукты износа)
В руководстве по ремонту кпп акцента вписано такое масло
Запчасти
Hyundai Getz 2008, двигатель бензиновый 1.4 л., 97 л. с., передний привод, механическая коробка передач — своими руками
Машины в продаже
Комментарии 52
Да. Плюс там уточнение в комментариях от shal77
Это я увидел. Спасибо 👍🔥
Уважаемый rust44, спасибо за столь подробный фотоотчёт. В настоящее время занимаюсь переборкой КПП Getz и использую Ваши материалы в качестве мануала. Однако, возникли сомнения по поводу регулировки подшипников дифференциала.
Насколько я понимаю символ «T» обозначает преднатяг, а символ «L» — зазор/люфт. Для дифференциала указан символ «L»: 0,15L-0.20L, т.е. после регулировки должен быть зазор 0,15-0,20 мм…Почему указан зазор? Может быть потому-что подшипники на дифференциале шариковые, а не конические. Ну и соответственно, если должен быть зазор, то от измеренного размера сплюснутой проволоки нужно ОТНЯТЬ (а не прибавить) среднее значение стандартного зазора из таблицы.
В примере же из мануала, определяется толщина шайбы для выходного вала, для которого должен быть преднатяг, и среднее значение ПРИБАВЛЯЕТСЯ к измеренному.
Скрины из мануала с отмеченными фрагментами приведены ниже.
Что думаете по данному вопросу? В интернете ничего по данной теме не нашел…Если есть какие-нибудь идеи буду рад услышать Ваш комментарий.
да, видимо так.
получается, с подшипниками дифа ошибка вышла)
Спасибо за ответ. Хорошо бы найти где-нибудь пример с расчётом из мануала чтобы сомнения окончательно развеять…Кстати, как работает после ремонта Ваша кпп, сколько накатали?
на сегодняшний день общий пробег перевалил за 200, значит 27 тысяч после переборки. нареканий нет. бывает своеобразный гул на низких оборотах первой передачи, но он всегда был, как я помню. а так всё в норме.
я, правда, через месяц примерно или пару снова скидывал коробку и разбирал, чтобы посадить на фиксатор резьбы болты пластины, которая вал в корпусе держит. случайно как-то прочитал и у сансаныча видео увидел, и что-то стрёмно стало. переделал.
Про фиксатор учту, спасибо.
Спасибо за ответ. Хорошо бы найти где-нибудь пример с расчётом из мануала чтобы сомнения окончательно развеять…Кстати, как работает после ремонта Ваша кпп, сколько накатали?
Уважаемый rust44, спасибо за столь подробный фотоотчёт. В настоящее время занимаюсь переборкой КПП Getz и использую Ваши материалы в качестве мануала. Однако, возникли сомнения по поводу регулировки подшипников дифференциала.
Насколько я понимаю символ «T» обозначает преднатяг, а символ «L» — зазор/люфт. Для дифференциала указан символ «L»: 0,15L-0.20L, т.е. после регулировки должен быть зазор 0,15-0,20 мм…Почему указан зазор? Может быть потому-что подшипники на дифференциале шариковые, а не конические. Ну и соответственно, если должен быть зазор, то от измеренного размера сплюснутой проволоки нужно ОТНЯТЬ (а не прибавить) среднее значение стандартного зазора из таблицы.
В примере же из мануала, определяется толщина шайбы для выходного вала, для которого должен быть преднатяг, и среднее значение ПРИБАВЛЯЕТСЯ к измеренному.
Скрины из мануала с отмеченными фрагментами приведены ниже.
Что думаете по данному вопросу? В интернете ничего по данной теме не нашел…Если есть какие-нибудь идеи буду рад услышать Ваш комментарий.
Уважаемый rust44, спасибо за столь подробный фотоотчёт. В настоящее время занимаюсь переборкой КПП Getz и использую Ваши материалы в качестве мануала. Однако, возникли сомнения по поводу регулировки подшипников дифференциала.
Насколько я понимаю символ «T» обозначает преднатяг, а символ «L» — зазор/люфт. Для дифференциала указан символ «L»: 0,15L-0.20L, т.е. после регулировки должен быть зазор 0,15-0,20 мм…Почему указан зазор? Может быть потому-что подшипники на дифференциале шариковые, а не конические. Ну и соответственно, если должен быть зазор, то от измеренного размера сплюснутой проволоки нужно ОТНЯТЬ (а не прибавить) среднее значение стандартного зазора из таблицы.
В примере же из мануала, определяется толщина шайбы для выходного вала, для которого должен быть преднатяг, и среднее значение ПРИБАВЛЯЕТСЯ к измеренному.
Скрины из мануала с отмеченными фрагментами приведены ниже.
Что думаете по данному вопросу? В интернете ничего по данной теме не нашел…Если есть какие-нибудь идеи буду рад услышать Ваш комментарий.
Изучаю переборку своей КПП. Как хорошо что попался твой коммент. Вкурил. Верно ты подметил.