公差配合第6章滚动轴承的互换性.ppt

第6章 滚动轴承的互换性 6.1 6.1 概述概述 6.2 6.2 滚动轴承的公差滚动轴承的公差 6.3 6.3 滚动轴承配合的选择滚动轴承配合的选择 思考题与习题思考题与习题6. 1 概 述 滚动轴承是广泛应用于机械制造业中的标准化部件，一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成如图6-1所示为向心球轴承的结构滚动轴承的配合尺寸是外径 D、内径d，它们相应的圆柱面分别与外壳孔和轴颈配合，为完全互换滚动轴承的内、外圈滚道与滚动体的装配，一般采用分组方法，为不完全互换 图 6-1 向心球轴承的结构 滚动轴承的类型很多， 按滚动体形状可分为球、 滚子及滚针轴承；按其可承受负的方向可分为向心、 向心推力和推力轴承等  滚动轴承的工作性能和使用寿命取决于滚动轴承本身的制造精度、 滚动轴承与轴和外壳孔的配合性质，以及轴和外壳孔的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度以及安装等因素  滚动轴承配合是指轴承安装在机器上，其内圈内圆柱面与轴颈及外圈外圆柱面与外壳孔的配合。

它们的配合性质必须满足合适的游隙和必要的旋转精度要求 图 6-2 滚动轴承的游隙(a) 径向游隙； (b) 轴向游隙 1. 合适的游隙 轴承工作时，滚动轴承与套圈之间的径向游隙和轴向游隙（见图6-2）的大小， 均应保持在合理的范围之内，以保证轴承的正常运转和使用寿命游隙过大，会引起转轴较大的径向跳动和轴向窜动及振动和噪声游隙过小，则会因为轴承与轴颈、外壳孔的过盈配合使轴承滚动体与内、外圈产生较大的接触应力，增加轴承摩擦发热，从而降低轴承的使用寿命  2. 必要的旋转精度必要的旋转精度 轴承工作时，其内、外圈和端面的圆跳动应控制在允许的范围之内，以保证传动零件的回转精度 由于轴承具有摩擦系数小，润滑简便，制造较经济，且具有互换性，易于更换等许多优点，因而在机械设备中得到广泛应用 6. 2 滚动轴承的公差滚动轴承的公差6. 2. 1 滚动轴承的公差等级滚动轴承的公差等级 1. 滚动轴承的公差等级滚动轴承的公差等级 根据 GB／T 307.3—1996的规定，滚动轴承按尺寸公差与旋转精度分级。

向心轴承分0、 6、 5、 4、 2五个精度等级，从 0 级到 2 级，精度依次增高（相当于84标准中的G、 E、 D、 C、 B级）  0级称为普通级，在机械制造业中应用最广，常用于旋转精度要求不高、中等转速、中等负荷的一般机构中例如，普通机床中的变速、进给机构，汽车、拖拉机中的变速机构，普通电动机、水泵、压缩机、 汽轮机和涡轮机的旋转机构中的轴承等   6 级称为高级，5级称为精密级，用于旋转精度和转速较高的机构中例如，普通机床主轴的前轴承多用5级，后轴承多用6级  4 级和2级轴承称为超精密轴承，用于旋转精度高和转速高的旋转机构，如精密机床的主轴轴承，精密仪器、高速摄影机等高速精密机械中的轴承   2. 滚动轴承公差分级的特点 1）滚动轴承尺寸精度 滚动轴承尺寸精度是指轴承内圈内径 d、外圈外径D、内圈宽度B、外圈宽度 C 和装配高度 T 的制造精度 由于轴承的内、外圈都是薄壁零件，在制造和自由状态下都易变形，在装配后又得到校正，因此为保证配合性质，应规定其平均直径的极限偏差。

GB／T 307.1—1994对滚动轴承内径和外径规定了以下评定指标：  (1) 单一径向平面内的内（外）径偏差Δds（ΔDs）为 Δds=ds－d， ΔDs=Ds－D 式中：d（D）——轴承内（外）径的基本尺寸；  ds（Ds）——单一径向平面内用两点法测得的内（外）径尺寸  Δds和ΔDs用来控制轴承内、外圈制造时的实际偏差，仅适用于4级和2级轴承 （6-1） (2) 单一径向平面内的平均内径偏差Δdmp（ΔDmp）为 Δdmp=dmp－d，ΔDmp=Dmp－D （6-2）式中：dmp——单一径向平面内的平均内径， 即 ；  Dmp——单一径向平面内的平均外径， 即 。

 Δdmp和ΔDmp用于控制轴承内圈与轴颈、外圈与座孔装配后在单一径向平面内配合尺寸的偏差  (3) 内（外）圈宽度偏差ΔBs（ΔCs）为 式中：B（C）——轴承内（外）圈宽度的基本尺寸；   Bs（Cs）——用两点法测得的内（外）圈宽度尺寸  ΔBs（ΔCs）用来控制轴承内（外）圈宽度的实际偏差  对向心轴承（除圆锥滚子轴承外），Δds、Δdmp、ΔBs的极限偏差见附表6-1，ΔDs、ΔDmp、 ΔCs的极限偏差见附表6-2 (6-3) 2）滚动轴承的旋转精度 用于评定滚动轴承旋转精度的参数有：  (1) Kia（Kea）：成套轴承的内（外）圈的径向跳动  (2) Sia（Sea）：成套轴承的内（外）圈的基准端面对滚道的跳动  (3) Sd：内圈基准端面对内孔的跳动  (4) SD：外圈外表面素线对基准端面的倾斜度   0级和6级滚动轴承仅规定 Kia 和 Kea ，5 级到 2 级轴承对 Kia、Kea、Sia、Sea、Sd、SD 均有规定。

 评定向心轴承（除圆锥滚子轴承外）旋转精度的各参数的允许值见附表 6-3 和附表 6-4 6. 2. 2 滚动轴承内、外径的公差带 由于滚动轴承是标准部件，因此轴承内圈内圆柱面与轴颈的配合按基孔制，轴承外圈外圆柱面与外壳孔的配合按基轴制  在滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合中，起作用的是平均尺寸对于各级轴承，单一平面平均内（外）径的公差带均为单向制，而且统一采用上偏差为零，下偏差为负值的布置方案，如图6-3所示这样分布主要是考虑在多数情况下，轴承的内圈随轴一起转动时，为防止它们之间发生相对运动而磨损结合面，两者的配合应有一定的过盈，但由于内圈是薄壁件，且一定时间后（受寿命限制）又必须拆卸，因此过盈量不宜过大滚动轴承国家标准所规定的单向制正适合这一特殊要求 图 6-3 轴承内、外圈公差带图 轴颈和外壳孔的公差带均在《极限与配合》的国标中选择，它们分别与轴承内、外圈相应的圆柱面结合，可以得到松紧程度不同的各种配合需要特别注意的是，轴承内圈与轴颈的配合虽属基孔制，但配合的性质不同于一般基孔制的相应配合，这是因为基准孔公差带下移为上偏差为零、下偏差为负的位置，所以轴承内圈内圆柱面与轴颈得到的配合比相应光滑圆柱体按基孔制形成的配合紧一些。

 轴颈和外壳孔的标准公差等级的选用与滚动轴承本身的精度等级密切相关与0级和6级轴承配合的轴一般取IT6，外壳孔一般取IT7；对旋转精度和运转平稳有较高要求的场合，轴颈取IT5，外壳孔取IT6；与5级轴承配合的轴颈和外壳孔均取IT6，要求高的场合取IT5；与4级轴承配合的轴颈取IT5，外壳孔取IT6；要求更高的场合轴颈取IT4，外壳孔取IT5 6.3 滚动轴承配合的选择6. 3. 1 轴颈和外壳孔的公差带 按 GB／T 275—1993的规定，滚动轴承与轴颈、外壳孔配合的公差带如图6-4所示图中为标准推荐的外壳孔、轴颈的尺寸公差带，其适用范围如下：  (1) 对轴承的旋转精度和运转平稳性无特殊要求  (2) 轴颈为实体或厚壁空心  (3) 轴颈与座孔的材料为钢或铸铁  (4) 轴承的工作温度不超过100℃ 图 6-4 轴承与轴颈、外壳孔配合的公差带6. 3. 2 配合选择的基本原则 正确选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合，对保证机器的正常运转，延长轴承的使用寿命影响很大 因此，应以轴承的工作条件、公差等级和结构类型为依据进行设计。

选择时主要考虑如下因素 1. 负荷类型 轴承转动时，根据作用于轴承的合成径向负荷对套圈相对旋转的情况，可将套圈承受的负荷分为定向负荷、旋转负荷以及摆动负荷，如图6-5所示   (1）定向负荷轴承转动时，作用于轴承上的合成径向负荷与某套圈相对静止，该负荷将始终不变地作用在该套圈的局部滚道上图6-5(a)中的外圈和图6-5(b)中的内圈所承受的径向负荷都是定向负荷承受定向负荷的套圈，一般选较松的过渡配合，或较小的间隙配合，从而减少滚道的局部磨损，以延长轴承的使用寿命  (2）旋转负荷轴承转动时，作用于轴承上的合成径向负荷与某套圈相对旋转，并依次作用在该套圈的整个圆周滚道上图6-5(a)和图6-5(c)中的内圈及图6-5(b)和图6-5(d)中的外圈所承受的径向负荷都是旋转负荷承受旋转负荷的套圈与轴（或外壳孔）相配，应选过盈配合或较紧的过渡配合，其过盈量的大小以不使套圈与轮或壳体孔配合表面间出现打滑现象为原则  (3) 摆动负荷轴承转动时，作用于轴承上的合成径向负荷在某套圈滚道的一定区域内相对摆动，作用在该套圈的部分滚道上。

图6-5(c)的外圈和图6-5(d)的内圈所承受的径向负荷都是摆动负荷承受摆动负荷的套圈，其配合要求与旋转负荷相同或略松一些 图 6-5 轴承套圈承受负荷的类型 2. 负荷大小 滚动轴承套圈与结合件配合的最小过盈量，取决于负荷的大小一般把径向负荷P＜0.07C的称为轻负荷；0.07C＜P＜0.15C的称为正常负荷；P＞0.15C的称为重负荷其中，P为当量径向负荷， C为轴承的额定动负荷 承受较重的负荷或冲击负荷时，将引起轴承较大的变形，使结合面间实际过盈减小和轴承内部的实际间隙增大，这时为了使轴承运转正常，应选较大的过盈配合同理，承受较轻的负荷，可选用较小的过盈配合  当内圈承受旋转负荷时，它与轴颈配合所需的最小过盈 ， 可近似按下式计算： 式中：P——轴承承受的最大径向负荷(kN)；  k——与轴承系列有关的系数，轻系列，k=2.8， 中系列，k=2.3，重系列，k=2.0；  b——轴承内圈的配合宽度(mm)，b=B－2r，B为轴承宽度，r 为内圈的圆角半径。

（6-4） 为避免套圈破裂，必须按不超出套圈允许的强度的要求，核算其最大过盈量 ，可近似按下式计算： 式中： ［ ］——轴承套圈材料的许用拉应力(105 Pa)，轴承钢的许用拉应力［ ］=400 ×105 Pa；  d——轴承内圈内径(mm) （6-5） 3. 工作温度 轴承工作时，由于摩擦发热和其他热源的影响，而使轴承套圈的温度经常高于结合零件的温度由于发热膨胀，轴承内圈与轴颈的配合可能变松，外圈与外壳孔的配合可能变紧轴承工作温度一般应低于100℃，在高于此温度时，必须考虑温度影响的修正量  4. 轴承尺寸大小 滚动轴承的尺寸愈大，选取的配合应愈紧 但对于重型机械上使用的特别大尺寸的轴承，应采用较松的配合  5. 旋转精度和旋转速度 对于负荷较大且有较高旋转精度要求的轴承，为了消除弹性变形和振动的影响，应避免采用间隙配合对精密机床的轻负荷轴承，为避免外壳孔与轴颈形状误差对轴承精度的影响，常采用较小的间隙配合。

一般认为，轴承的旋转速度愈高，配合也应该愈紧  6. 轴颈和外壳孔的结构与材料 采用剖分式外壳体结构时，为避免外圈产生椭圆变形，宜采用较松配合采用薄壁、轻合金外壳孔或薄壁空心轴颈时，为保证轴承有足够的支承刚度和强度，应采用较紧配合对高于K7包括k7的配合或壳体孔的标准公差小于IT6级时，应选用整体式外壳体  7. 安装条件 为了便于安装、拆卸，特别对于重型机械，宜采用较松的配合如果要求拆卸，而又需较紧配合时， 可采用分离型轴承或内圈带锥孔和紧定套或退卸套的轴承  除上述条件外，还应考虑当要求轴承的内圈或外圈能沿轴向移动时，该内圈与轴颈或外圈与外壳孔的配合，应选较松的配合  此外，当轴承的两个套圈之一须采用特大过盈的过盈配合时，由于过盈配合使轴承径向游隙减小，则应选择具有大于基本组的径向游隙的轴承  滚动轴承与轴颈、座孔配合的选择方法有类比法和计算法，通常采用类比法表 6-1和表 6-2列出了 GB／T 275—1993规定的向心轴承与轴颈、外壳孔配合的公差带，供选择参考配合初选后，还应考虑对有关影响因素进行修正。

注：① 并列公差带随尺寸的增大从左至右选择，对旋转精度有较高要求时，可相应提高一个公差等级 ② 不适用于剖分式外壳  1. 形状和位置公差形状和位置公差 轴承的内、外圈是薄壁件，易变形，尤其是超轻、 特轻系列的轴承，其形状误差在装配后靠轴颈和外壳孔的正确形状可以得到矫正为了保证轴承安装正确、转动平稳，通常对轴颈和外壳孔的表面提出圆柱度要求 为保证轴承工作时有较高的旋转精度，应限制与套圈端面接触的轴肩及外壳孔肩的倾斜，特别是在高速旋转的场合，从而避免轴承装配后滚道位置不正，旋转不稳，因此标准又规定了轴肩和外壳孔肩的端面圆跳动公差，见表6-3 6. 3. 3 配合表面的形位公差及表面粗糙度配合表面的形位公差及表面粗糙度 2. 表面粗糙度表面粗糙度 轴颈和外壳孔的表面粗糙，会使有效过盈量减小，接触刚度下降, 而导致支承不良为此，标准还规定了与轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度要求，见表6-4 6. 3. 4 滚动轴承配合选用举例滚动轴承配合选用举例 例6-1 如图6-6所示为图1-3减速器输出轴轴颈部分的装配图。

已知：该减速器的功率为5 kW，从动轴转速为83 r/min，其两端55j6的轴承为6211深沟球轴承（d=55，D=100）试确定轴颈和外壳孔的公差带代号、形位公差和表面粗糙度参数值，并将它们分别标注在装配图和零件图上  解解 (1）减速器属于一般机械，轴的转速不高，应选用0级轴承  (2）按它的工作条件，由有关计算公式求得该轴承的当量径向负荷P为833 N查得6211球轴承的额定动负荷C为33354 N 所以P=0.03C＜0.07C，此轴承类型属于轻负荷  (3）轴承工作条件从表6-1和表6-2选取轴颈公差带为5j6（基孔制配合），外壳孔公差带为 100H7（基轴制配合）  (4）按表6-3选取形位公差值：轴颈圆柱度公差0.005，轴肩端面圆跳动公差0.015；外壳孔圆柱度公差0.01，外壳孔肩端面圆跳动公差0.025（如图1-3右端所示） (5）按表6-4选取轴颈和外壳孔的表面粗糙度参数值：轴颈Ra≤0.8 μm，轴肩端面Ra≤3.2 μm；外壳孔Ra≤1.6 μm，外壳孔肩Ra≤3.2 μm。

 (6）将确定好的上述公差标注在图样上，见图6-6 注意：由于滚动轴承为标准部件，因而在装配图样上只需标注相配件（轴颈和外壳孔）的公差带代号  图6-6 轴颈、外壳孔公差在图样上的标注示例(a) 装配图； (b) 外壳零件图； (c) 轴零件图思考题与习题思考题与习题 6-1 滚动轴承内、 外径公差带有何特点？ 6-2 滚动轴承的配合选择要考虑哪些主要因素？ 6-3 一向心球轴承／P0310，中系列，内径 d=50，外径 D=110，与轴承内径配合的轴用 j6，与外径配合的孔用 JS7 试绘出它们的公差带图，并计算它们配合的极限间隙和极限过盈  6-4 有一G209滚动轴承，内径为 45，外径为85， 额定载荷为18100 N，应用于闭式传动的减速器中其工作情况为：轴上承受一个2000 N的固定径向载荷， 工作转速为 980 r／min，而轴承座固定试确定轴承内圈与轴、外圈与外壳孔的配合。