航空工业出版社 互换性课件8.ppt

互换性与测量技术 第8章滚动轴承的互换性 8 1概述 8 2滚动轴承的公差等级及其应用 8 3滚动轴承内径 外径公差带 8 4滚动轴承与轴 外壳的配合及选择 8 5综合实训 8 1概述 如图8 1所示 滚动轴承由内圈 外圈 滚动体和保持架组成 内圈与轴装配 外圈与外壳孔装配 滚动体承受载荷并形成滚动摩擦 保持架将轴承内的滚动体均匀分开 使其轮流承受相等的载荷 并保证滚动体在轴承内 外滚道间正常滚动 图8 1滚动轴承 滚动轴承具有摩擦力小 消耗功率少 润滑简单 更换方便等优点 滚动轴承的工作性能和寿命 既取决于轴承本身的制造精度 也与配合件 轴和外壳 的尺寸精度 几何精度和表面粗糙度有关 按所承受的载荷方向或公称接触角不同分 向心轴承 推力轴承 主要承受轴向载荷 其公称接触角大于45 到90 主要承受径向载荷 其公称接触角从0 到45 径向接触轴承 向心角接触轴承 公称接触角为0 公称接触角大于0 到45 轴向接触轴承 推力角接触轴承 公称接触角为90 公称接触角大于45 但小于90 按滚动体的种类不同 滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承 8 2滚动轴承的公差等级及其应用 滚动轴承是按尺寸公差和旋转精度分级的 其中 尺寸公差是指轴承的内径d 外径D和宽度B等的公差 旋转精度是指轴承内 外圈作相对转动时跳动的程度 包括内 外圈的径向圆跳动 端面对滚道的跳动和端面对内孔的跳动等 国家标准GB T307 3 2005规定 向心轴承 圆锥滚子轴承除外 分为0 6 5 4 2五级 圆锥滚子轴承分为0 6x 5 4 2五级 推力轴承分为0 6 5 4四级 公差等级依次由低到高排列 0级最低 2级最高 0级为普通级 广泛用于低 中转速和旋转精度要求不高的旋转机构中 如普通机床的变速机构 进给机构 拖拉机的变速机构 水泵及农业机械等通用机械的旋转机构等 6级 6x级和5级多用于转速较高或旋转精度要求较高的旋转机构中 如普通机床主轴轴系 前支承采用5级 后支承采用6级 比较精密的仪器 仪表和机械的旋转机构等 4级多用于转速很高或旋转精度要求很高的旋转机构中 如高精度磨床和车床 精密螺纹车床和齿轮磨床等的主轴轴承 2级多用于精密机械的旋转机构中 如精密坐标镗床 高精度齿轮磨床和数控机床等的主轴轴承 滚动轴承各公差等级的应用情况如下 8 3滚动轴承内径 外径公差带 国家标准规定 轴承内圈单一平面平均直径dmp的公差带位于零线下方 上极限偏差为零 下极限偏差为负 如图8 2所示 它与一般基孔制公差带的分布位置相反 公差值也不同 轴承外圈单一平面平均直径Dmp的公差带也位于零线下方 上极限偏差为零 下极限偏差为负 如图8 2所示 它与一般基轴制公差带的分布位置相同 但公差值不同 图8 2滚动轴承内径 外径公差带 多数情况下 轴承内圈与轴一起旋转 内圈与轴之间必须具有一定的过盈 但过盈量不宜过大 以防止内圈应力过大而产生较大的变形 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 但在装配后也很容易得到校正 根据这些特点 国家标准中不仅规定了两种尺寸公差 还规定了两种形状公差 其目的是控制轴承的变形程度 轴承与轴和外壳孔配合的尺寸精度 两种尺寸公差 轴承单一内径ds与外径Ds的偏差 ds Ds 轴承单一平面平均内径dmp与外径Dmp的偏差 dmp Dmp 两种形状公差 轴承单一平面内单一内径ds与外径Ds的变动量 Vdsp VDsp 轴承平均内径与外径的变动量 Vdmp VDmp 向心轴承内径 外径的尺寸公差和几何公差以及轴承的旋转精度公差 分别可从表8 1所示向心轴承内圈公差和表8 2所示向心轴承外圈公差中查出 表8 1向心轴承内圈公差 摘自GB T307 1 2005 表8 1和表8 2中 Kia和Kea为成套轴承内 外圈的径向圆跳动 Sia和Sea为成套轴承内 外圈的轴向跳动 Sd为内圈端面对内孔的垂直度 SD为外圈外表面对端面的垂直度 Bs为内圈单一宽度偏差 VBs为内圈宽度变动量 Cs为外圈单一宽度偏差 VCs为外圈宽度变动量 表8 2向心轴承外圈公差 摘自GB T307 1 2005 8 4滚动轴承与轴 外壳的配合及选择 8 4 1轴和外壳孔的公差带 国标GB T275 1993规定了17种与滚动轴承配合的轴公差带 16种与滚动轴承配合的外壳孔公差带 如图8 3所示 图8 3与滚动轴承配合的常用公差带 国家标准GB T275 1993推荐了与0级和6级向心轴承相配合的轴和外壳孔的公差带 如表8 3所示 表8 3与向心轴承相配合的轴和外壳孔公差带 应当注意的是 轴承内圈与轴的配合虽然属于基孔制 但由于轴承内径的公差带均采用上极限偏差为零 下极限偏差为负的向下单向分布 所以轴承内圈与轴的配合比按一般基孔制形成的配合紧一些 8 4 2滚动轴承配合的选择原则 选择滚动轴承配合时 应综合考虑作用在轴承上的负荷类型 大小 轴承的类型及尺寸 轴承游隙 工作温度 与轴承相配的轴和外壳的材料 结构 装卸和调整等一系列因素 1 固定负荷 作用于轴承上的合成径向负荷与套圈相对静止 即合成径向负荷方向始终不变地作用于套圈滚道的局部区域上 该套圈所承受的负荷称为固定负荷 如图8 4 a 和图8 4 b 所示 1 负荷类型 图8 4轴承套圈所受负荷类型 作用于轴承上的合成径向负荷与套圈相对旋转 即合成径向负荷方向顺次作用于套圈滚道的整个圆周上 该套圈所承受的负荷称为旋转负荷 2 旋转负荷 承受旋转负荷的轴承套圈与轴或外壳孔的配合 应选过盈配合或较紧的过渡配合 以防止套圈在轴或外壳孔的配合表面上打滑 使配合表面发生磨损 其过盈量的大小 以不使轴承套圈与轴或外壳孔的配合表面间产生爬行现象为原则 承受固定负荷的轴承套圈与轴或外壳孔的配合 应选较松的过渡配合或较小的间隙配合 以便让套圈滚道间的摩擦力矩带动套圈转位 使套圈受力均匀 延长轴承的使用寿命 3 摆动负荷 作用于轴承上的合成径向负荷与所承载的套圈在一定区域内相对摆动 即合成负荷向量连续摆动地作用在套圈的部分圆周上 该套圈所承受的负荷称为摆动负荷 如图8 4 c 和图8 4 d 所示 此时的合成负荷向量为定向负荷F0和旋转负荷F1的矢量和 承受摆动负荷的轴承套圈 其配合要求与承受旋转负荷时相同或略松一些 2 负荷大小 负荷的大小可用径向当量动负荷Fr与径向额定动负荷Cr的比值来区分 当Fr Cr 0 07时 称为轻负荷 当0 07 Fr Cr 0 15时 称为正常负荷 当Fr Cr 0 15时 称为重负荷 轴承在承受重负荷和冲击负荷时 套圈容易产生变形 使配合面受力不均匀 甚至引起配合松动 因此应选择较大的过盈量 承受冲击负荷时 应选用比承受平稳负荷较紧的配合 随着轴承尺寸的增大 选择过盈配合的过盈应越大 间隙配合的间隙应越大 3 轴承尺寸大小 4 轴承游隙 选择轴承游隙时 应考虑因配合性质 轴承内外圈温度差 工作负荷等因素变化所引起的游隙变化规律 以检验安装后轴承的游隙是否满足使用要求来确定 例如 采用过盈配合会导致轴承游隙减小 若轴承的两个套圈之一必须采用过盈配合 应选择较大的轴承游隙 轴承工作时 由于摩擦发热和其他热源的影响 轴承套圈的温度经常高于其相配合零件的温度 热膨胀会使轴承内圈与轴的配合变松 使轴承外圈与外壳孔的配合变紧 因此 轴承的工作温度较高时 应对选用的配合进行适当修正 5 工作温度 6 其他因素 空心轴比实心轴 薄壁外壳比厚壁外壳 轻合金外壳比钢或铸铁外壳采用的轴承配合要紧一些 剖分式外壳比整体式外壳采用的配合要松一些 以免过盈将轴承外圈夹扁 甚至将轴卡住 紧于k7 包括k7 的配合或外壳孔的标准公差等级小于IT6时 应选用整体式外壳 为了便于安装和拆卸 特别对于重型机械 应采用较松的配合 如果既要求可拆卸 又要求采用较紧的配合时 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 当轴承的内圈或外圈能够沿轴向游动时 该内圈与轴或外圈与外壳孔的配合应选较松的配合 8 4 3滚动轴承配合的选择方法 滚动轴承与轴和外壳孔的配合 通常综合考虑上述因素用类比法选择 国家标准推荐的常用配合 如向心轴承和轴的配合 向心轴承和外壳的配合 推力轴承和轴的配合 推力轴承和外壳的配合等 在设计时可参考课本中的表8 4至表8 7 表8 4向心轴承和外壳的配合 孔公差带代号 8 4 4配合表面的其他技术要求 轴承与轴和外壳孔的公差等级和配合性质确定后 为保证轴承正常工作 还应对轴及外壳的几何公差和表面粗糙度提出要求 表8 8所示为国家标准规定的轴和外壳的几何公差 关于配合面的表面粗糙度 可参考课本表8 9所示选择 表8 8轴和外壳的几何公差 8 5综合实训 某圆柱齿轮减速器 装有0级向心角接触球轴承 轴承内圈随轴一起转动 外圈固定 轴承尺寸d D B 50mm 110mm 27mm 额定动负荷Cr 32000N 轴承承受的径向当量动负荷Fr 4000N 试用类比法确定轴和外壳孔的公差带代号 画出公差带图 并确定轴和外壳的几何公差值及表面粗糙度 8 5 1实训过程 1 分析负荷类型及大小 齿轮减速器通过齿轮传递扭矩 轴承主要承受齿轮传递的径向负荷 由于轴承内圈随轴一起转动 外圈固定 因此 该轴承内圈承受旋转负荷 外圈承受固定负荷 前者配合应紧 后者配合应略松 根据题意 Fr Cr 4000 32000 0 125 为正常负荷 2 确定轴和外壳孔的公差带代号 根据国家标准推荐的向心轴承和轴的配合公差和向心轴承和外壳的配合公差 选取轴的公差带为k5 外壳孔的公差带为H7 但由于角接触球轴承配合对游隙影响不大 轴的公差带可用k6代替k5 3 确定所选配合的间隙和过盈情况 根据向心轴承内 外圈公差查出该0级轴承的单一平面平均内径偏差为 上极限偏差0 下极限偏差 0 012mm 单一平面平均外径偏差为 上极限偏差0 下极限偏差 0 015mm 根据标准公差和基本偏差数值表可得 轴为 外壳孔为 公差带图如图8 5所示 从图中可知 轴承内圈与轴配合的最大 最小过盈分别为 Ymax EI es 0 012 0 018 0 03 mm Ymin ES ei 0 0 002 0 002 mm 轴承外圈与外壳孔的最大 最小间隙分别为 Xmax ES ei 0 035 0 015 0 050 mm Xmin EI es 0 0 0 图8 5公差带图 4 确定轴和外壳孔的几何公差及表面粗糙度 根据国标规定的轴和外壳的几何公差选取 轴颈的圆柱度公差