《互换性与技术测量基础》课件09滚动轴承的公差与配合.pptx

项目九项目九滚动轴承的精度设计与检测教学导读通过本项目的学习,需要熟悉滚动轴承的精度等级及应用,掌握滚动轴承和座孔、轴颈配合的选择及精度设计1知识点滚动轴承的公差等级;滚动轴承和座孔、轴颈的公差与配合及检测方法;轴颈和外壳孔的标注方法2重点和难点滚动轴承和轴承座孔及轴颈的配合选择3第一部分理论基础知识9.19.1滚动轴承概述滚动轴承概述轴承在机器中的作用是支撑转动的轴及轴上的零件,并保持轴的正常工作位置和旋转精度轴承是机器的重要组成部分根据摩擦性质的不同,轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类,见图9-1所示本项目仅介绍使用普遍的滚动轴承的精度设计与检测滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架(起隔开作用,减少滚动体间的摩擦)四部分组成,如图9-2所示工作时滚动体在内、外圈的滚道上滚动,形成滚动摩擦滚动轴承摩擦阻力小、轴向尺寸小、装卸方便,是机械制造业中应用极为广泛的一种标准件,种类繁多、型号复杂、规格各异9.1.1滚动轴承的结构滚动轴承是一种精密部件,内、外圈和滚动体具有较高的精度和较小的表面粗糙度在通常情况下,内圈与传动轴的轴颈配合较紧,并随轴一起旋转,以传递转矩;外圈与轴承座或机械外壳孔构成过渡配合;滚动体是承载并使轴承形成滚动摩擦的元件,形状和数量由承载能力和载荷方向等因素决定;保持架是一种隔离元件,其主要作用是将滚动体均匀分开,使每个滚动体承受相等的载荷,并保持滚动体在轴承内、外滚道间正常滚动。

9.1.2滚动轴承的分类按承受载荷的方向,滚动轴承可分为深沟球轴承(承受径向载荷的向心轴承)、推力球轴承(承受轴向载荷)和角接触球轴承(同时承受径向和轴向载荷的角接触向心轴承),如图9-3所示按滚动体形状,滚动轴承可分为球轴承(滚动体为球)、滚子轴承(圆柱滚子轴承、滚针球轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承)知识拓展按滚动提形状分球滚子圆柱圆锥按负荷方向分向心径向力推力轴向力向心推力径向力、轴向力知识拓展9.2 9.2 滚动轴承结合的精度设计滚动轴承结合的精度设计滚动轴承的工作性能和使用寿命取决于多种因素,包括轴承本身的制造精度,与外壳孔、传动轴的配合性质,以及外壳、传动轴轴颈的尺寸精度、几何公差和表面粗糙度等9.2.1 9.2.1 滚动轴承的公差等级及应用滚动轴承的公差等级及应用1.滚动轴承的公差等级滚动轴承的精度主要是由轴承的主要尺寸公差及旋转精度决定的GB/T307.32017滚动轴承通用技术规则规定,滚动轴承按其公称尺寸精度和旋转精度分级,向心轴承(圆锥滚子轴承除外)分为普通级、6、5、4、2五级,圆锥滚子轴承分为普通级、6x、5、4、2五级,推力轴承分为普通级、6、5、4四级,公差等级由低到高排列。

滚动轴承的尺寸公差包括轴承内径(d)、外径(D)、轴承内圈宽度(B)、外圈宽度(C)和圆锥滚柱轴承装配高(T)等尺寸的制造公差图9-4所示为滚动轴承各公称尺寸滚动轴承的旋转精度包括:成套轴承内、外圈的径向圆跳动;成套轴承内、外圈端面对滚道的跳动;内圈基准端面对内孔的跳动;外径表面母线对基准端面的斜向跳动;等等2.滚动轴承各级精度的应用普通精度级:轴承应用在中等载荷、中等转速和旋转精度要求不高的一般机构中,如普通机床、汽车和拖拉机的变速机构和普通电机、水泵、压缩机的旋转机构的轴承很高的旋转机构中,如精密坐标镗床的主轴主轴轴承作为机床的基础配件,其性能直接影响机床的转速、刚性、抗振性能、切削性能、噪声、温升及热变形等,进而影响加工零件的精度、表面质量等因此,高性能的机床必须配用高性能的轴承各级精度轴承在机床主轴上的应用见表9-1知识拓展知识拓展滚动轴承与孔、轴结合的特点(1)标准部件:是配合的基准件2)易损件:因需常拆卸，故一般选较松的过盈配合或过渡配合3)薄壁件:因易变形，故配合尺寸为平均尺寸9.2.2滚动轴承和轴承座孔、轴颈结合的公差与配合1.滚动轴承内、外径的公差带及其特点轴承的配合是指内圈和轴颈及外圈与外壳孔的配合。

滚动轴承是标准件,根据国家标准规定,其外圈与外壳孔的配合采用基轴制,内圈与轴颈的配合采用基孔制,配合的松紧程度由轴和轴承座孔的尺寸公差来保证GB/T41992003滚动轴承公差定义对轴承内径d与外径D规定了直径公差,还规定了轴承套圈任一横截面内平均内径和平均外径(用dm或Dm表示)的公差,目的是控制轴承的变形程度及轴承与轴颈和外壳孔的配合尺寸精度1)滚动轴承内径的公差带及其特点滚动轴承是标准件,为使轴承便于互换和大量生产,轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制,即以轴承内圈的尺寸为基准但内圈内径的公差带位置却与一般基准孔的公差带位置不同,如图9-5所示GB/T307.12017规定轴承的内径dm和外径Dm的公差带均为单向制,而且统一采用公差带位于以公称直径为零线的下方,即上极限偏差为零,下极限偏差为负值这种特殊的基准孔公差带不同于GB/T1800.2中基准孔H的公差带,此分布特点主要鉴于轴承配合的特殊需要在通常情况下,为防止内圈和轴颈之间产生相对滑动而导致结合面磨损,影响轴承的工作性能,两者的配合应具有一定的过盈但由于内圈是薄壁零件,容易产生弹性变形,影响轴承内部游隙的大小,且内圈需要经常维修拆换,故过盈量不能太大。

2)滚动轴承外径的公差带及其特点滚动轴承的外径与外壳孔的配合采用基轴制,即以轴承的外径尺寸为基准因轴承外圈安装在外壳也中,通常不旋转,机器工作时温度升高会使轴受热膨胀而产生轴向延伸,因此两端轴承中应有一端采用游动支承,可使外圈与外壳孔的配合稍微松一点,使之能补偿轴的热胀伸长量,允许轴与轴承一起轴向移动否则,轴容易产生弯曲,致使内部卡死,影响正常运转滚动轴承的外圈与外壳孔两者之间的配合不要求太紧,公差带仍遵循一般基准轴的规定,分布在零线下方,其上极限偏差为零,下极限偏差为负值如图9-5所示,它与基本偏差为h的公差带相类似,但公差值不同滚动轴承是标准件,轴承内圈内径和外圈外径的公差带在制造时已确定,因此轴承内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合性质需由轴颈和外壳孔的公差带决定为满足不同松紧程度的配合性质要求,GB/T2752015对轴颈规定了17种常用公差带,如图9-6所示;对外壳孔规定了16种常用公差带,如图9-7所示2.轴颈、外壳孔的公差带该公差带仅适用于:(1)轴承外形尺寸符合GB/T273.32015滚动轴承形尺寸总方案第3部分:向心轴承的规定2)轴承的精度等级为0级和6(6X)级3)轴承的游隙为N组。

4)轴为实心或厚壁钢制轴5)外壳为铸钢或铸铁2.轴颈、外壳孔的公差带 轴颈常用公差带如图9-6所示,由于轴承内圈内径的公差带位于零线下方,因而内圈与轴颈的配合比极限与配合国家标准基孔制同名配合要紧些对于轴承外圈与外壳孔的配合,与极限与配合国家标准中基轴制同名配合相比,虽然公差带大小有所不同,但配合性质基本一致,如图9-7所示19.2.39.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择21. 1.载荷类型载荷类型作用在轴承上的合成径向载荷是由定向载荷和旋转载荷合成的若合成径向载荷的作用方向是固定不变的,则称为定向载荷,如带轮的拉力或齿轮的作用力;若合成径向载荷的作用方向是随套圈(内圈或外圈)一起旋转的,则称为旋转载荷,如机件的转动离心力或镗孔时的切削力根据套圈工作时相对于合成径向载荷的方向,可将载荷分为三种类型:局部载荷、循环载荷和摆动载荷,如图9-8所示轴承套圈相对于载荷的旋转状态不同,该套圈与轴颈或外壳孔配合的松紧程度也应不同套圈相对于载荷方向旋转或摆动时,应选择过盈配合;套圈相对于载荷方向固定时,可选择间隙配合,参考表9-2载荷方向难以确定时,宜选择过盈配合(1)局部载荷。

作用于轴承上的合成径向载荷与套圈相对静止,即载荷方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上,该套圈所承受的载荷称为局部载荷图9-8(a)所示的外圈和图9-8(b)所示的内圈,两者都承受方向和大小均不变的径向载荷Fr的作用例如,减速器转轴两端滚动轴承的外圈,汽车、拖拉机车轮轮毂中滚动轴承的内圈,都是局部载荷的典型实例为保证套圈滚道的磨损均匀,承受局部载荷的套圈与轴颈、外壳孔的配合应稍松一些,一般选用较松的过渡配合或间隙量较小的间隙配合,以便使套圈滚道间的摩擦力矩带动套圈转位,从而在一定程度上避免滚道局部区域磨损、延长轴承的使用寿命2)循环载荷作用于轴承上的合成径向载荷与套圈相对旋转,即合成载荷方向依次作用在套圈滚道的整个圆周上,该套圈所承受的载荷称为循环载荷图9-8(a)所示的内圈和图9-8(b)所示的外圈,相当于套圈相对载荷方向Fr旋转,受到循环载荷的作用例如,减速器转轴两端的滚动轴承的内圈,汽车、拖拉机车轮轮毂中滚动轴承的外圈,都是循环载荷的典型实例此时套圈的受力特点是载荷呈周期作用,套圈滚道产生均匀磨损3)摆动载荷作用于轴承上的合成径向载荷与套圈在一定区域内相对摆动,即合成载荷方向按一定规律变化,往复作用在套圈滚道的局部圆周上,该套圈所承受的载荷称为摆动载荷。

如图9-8(c)、图9-8(d)所示,轴承套圈承受一个大小、方向均固定的径向载荷Fr和一个旋转的径向载荷Fc,两者的合成径向载荷大小将由小到大,再由大到小,周期性变化由图9-9可知,当FrFc时,Fr与Fc的合成载荷在AB区域内摆动,则不旋转套圈相对于合成载荷方向摆动,而旋转套圈相对于合成载荷方向旋转;当FrFc时,Fr与Fc的合成载荷则沿整个圆周变动,因此不旋转套圈就相对于合成载荷方向旋转,而旋转套圈则相对于合成载荷方向摆动承受摆动载荷的套圈,其配合要求与承受循环载荷时相同或略松一些,以提高轴承的使用寿命2.载荷大小滚动轴承套圈与轴颈、外壳孔的配合与轴承套圈所承受的载荷大小有关对于向心轴承,国家标准GB/T2752015按其径向当量动载荷Pr与径向额定动载荷Cr的关系,将载荷分为轻载荷、正常载荷和重载荷三种类型,见表9-3轴承在重载荷或冲击载荷作用下,套圈容易产生变形,使配合面受力不均匀,引起配合松动,影响轴承的工作性能因此,载荷越大,过盈量应越大,且承受变化载荷的配合应比承受平稳载荷的配合紧一些3.3.径向游隙径向游隙按GB/T4604.12012滚动轴承游隙第1部分:向心轴承的径向游隙的规定,滚动轴承的径向游隙共分为五组:2组、N组、3组、4组、5组。

游隙依次由小到大,其中N组为基本游隙组轴承的径向游隙应适中,过大的游隙会引起较大的径向圆跳动和轴向圆跳动,使轴承产生较大的振动和噪声;而过小的游隙会使轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力,加剧轴承工作时的摩擦发热,致使轴承寿命缩短由于过盈配合及温度影响,轴承的工作游隙小于原始游隙N组径向游隙值适用于一般的运转条件、常温状态及常用的过盈配合;对于采用较紧配合、内外圈温差较大、需要降低摩擦力矩及深沟球轴承承受较大轴向载荷或需改善调心性能的工况,宜采取3、4、5组游隙值4.4.工作温度工作温度轴承工作时,因摩擦发热及其他热源的影响,套圈的温度会高于相配零件的温度内圈的热膨胀使之与轴颈的配合变松,而外圈的热膨胀则使之与外壳孔的配合变紧因此,当轴承工作温度高于100时,应对所选的配合进行适当的修正,以保证轴承的正常运转其他(1)轴承尺寸滚动轴承的尺寸越大,选用的配合应越紧但对于重型机械上的特大尺寸轴承,应采用较松的配合2)轴承组件的轴向游动轴承组件在运转过程中易受热导致轴产生微量伸长因素(3)旋转精度及速度对载荷较大且旋转精度要求较高的轴承,为消除弹性变形和振动的影响,旋转套圈应避免采用间隙配合,但也不宜过紧。

其他(4)轴颈与外壳孔的结构和材料剖分式外壳孔比整体式外壳孔与轴承外圈的配合要松些,以避免箱盖和箱座装配时夹扁轴承外圈;空心轴颈比实心轴颈、薄壁壳体比厚壁壳体、轻合金壳体比钢或铸铁壳体与轴承套圈的配合稍紧些,以保证足够的连接强度因素(5)轴承的安装与拆卸为便于轴承的安装与拆卸,宜采用较松的配合综上所述,影响滚动轴承配。