精度设计第6章 粗糙度和轴承

1、第第六六章表面粗糙度的设计与检测章表面粗糙度的设计与检测基本内容：基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。重点内容：重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标表面粗糙度的评定、选用及标注。注。难点内容：难点内容：表面粗糙度的评定、选用。表面粗糙度的评定、选用。操作技能：操作技能：表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量。1234基本概念基本概念n零件表面的形貌可分为三种情况：零件表面的形貌可分为三种情况：(1)表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波距小

2、于波距小于1mm。属于微观几何形状误差。属于微观几何形状误差。(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的其波距在表面波纹度：零件表面中峰谷的其波距在110mm之间之间的的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。(3)形状误差形状误差 ：零件表面中峰谷的其波距大于：零件表面中峰谷的其波距大于10mm的不平程的不平程度属于宏观形状误差。度属于宏观形状误差。 表面粗糙度对零件性能的影响表面粗糙度对零件性能的影响n影响零件的耐磨性。影响零件的耐磨性。n影响配合性质

3、的稳定性。影响配合性质的稳定性。n影响零件的疲劳强度。影响零件的疲劳强度。n影响零件的抗腐蚀性。影响零件的抗腐蚀性。n影响零件的密封性。影响零件的密封性。n对零件的外观、测量精度、表面光学性能、对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。的影响。 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念零件加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观零件加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何特性称为几何特性称为表面粗糙度表面粗糙度。（动画）（动画）表面粗糙度的基本术语（一）表面粗糙度的基本术语（一）表面粗糙度的基本术语（二）表面粗糙度的基

4、本术语（二）n取样长度取样长度lr：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。应与表面粗糙度的大小相适应。度。应与表面粗糙度的大小相适应。n评定长度评定长度 ln：评定长度一般按评定长度一般按5个取样长度来确定。个取样长度来确定。表面粗糙度的基本术语（三）表面粗糙度的基本术语（三）n评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的一段参考线。有以下两种：一段参考线。有以下两种：n轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内，使轮在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。即：廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。

5、即：n轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线m ：在取样长度内，将实际：在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线线 。即：。即：F1+F3+F2n-1= F2+F4+F2nmin12niiZ表面粗糙度的评定参数（一）n国家标准国家标准GB/T1031-2009中规定了中规定了4个评定参数，个评定参数，其中有关幅度的参数其中有关幅度的参数2个，间距特性的参数有个，间距特性的参数有1个，混个，混合特性参数有合特性参数有1个，其中幅度参数是基本的。个，其中幅度参数是基本的。（1）轮廓算术平均偏差）轮廓算术平均偏差R a在取样长度内，被测实际轮廓

6、上各点至轮廓中线距离绝在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即对值的平均值，即 dxxZlRalrr0)(1niiXZnRa1)(1表面粗糙度评定参数（三）表面粗糙度评定参数（三）n间距参数和混合参数间距参数和混合参数n表面粗糙度（评定参数）的选择表面粗糙度（评定参数）的选择n评定参数的选择：如无特殊要求，一般仅选用评定参数的选择：如无特殊要求，一般仅选用幅幅度参数度参数。推荐优先选用。推荐优先选用R a值值(表表6.2），因为），因为R a能充分反映零件表面轮廓的特征。以下情况下例能充分反映零件表面轮廓的特征。以下情况下例外：外：n当表面过于粗糙（当表面过于粗糙（R

7、a6.3m）或过于光滑（或过于光滑（ R a 0.025 m ）时，可选用）时，可选用z ，因为此范围因为此范围便于选择用于测量便于选择用于测量z（表（表6.3）的仪器测量。）的仪器测量。n当零件材料较软时，因为当零件材料较软时，因为R a一般采用触针测量。一般采用触针测量。n当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表面，可选用的小元件的表面，可选用z值。值。表面粗糙度（参数值）的选择表面粗糙度（参数值）的选择n表面粗糙度参数值的表面粗糙度参数值的选择原则选择原则是：在满足零件是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数表面功能要

8、求的前提下，尽量选取较大的参数值。值。 n一般原则一般原则：同一零件上，工作表面比非工作表：同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。值要小。参数值的选用方法参数值的选用方法n可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也

9、小，但也不存公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。n一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设几何公差为几何公差为T，尺寸公差为尺寸公差为IT，它们之间的关它们之间的关系可参照以下对应关系：系可参照以下对应关系：若若T0.6 IT，则则Ra0.05 IT； Rz 0.2 IT T0.4 IT，则则Ra0.025 IT； Rz 0.1 IT T0.25 IT，则则Ra0.012 IT； Rz 0.05 IT T0.25 IT，则则Ra0.15 T； Rz 0.6 T表面粗糙度的符号

10、表面粗糙度的符号n在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：na为为基本符号基本符号，表示表面可以用任何方法，表示表面可以用任何方法获得；获得；b表示表面是用去除材料的方法获表示表面是用去除材料的方法获得的；得的；c表示表面是用不去除材料的方法表示表面是用不去除材料的方法获得的。获得的。 b 和和c是是扩展符号扩展符号。 a b c表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注u表面粗糙度只表面粗糙度只标注一次标注一次。n粗糙度代号上的各种符号和数字的注写和读取方粗糙度代号上的各种符号和数字的注写和读取方向应与向应与尺寸尺寸的注写和读取方向一致的注写和读取方向一致。n粗糙度代号

11、的尖端必须从粗糙度代号的尖端必须从材料外材料外指向并接触零件指向并接触零件表面。表面。完整标注完整标注n轮廓幅度参数的标注轮廓幅度参数的标注完整图形上标注极限值；完整图形上标注极限值；表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注l极限值判断规则的标注极限值判断规则的标注16%规则和最大规则；规则和最大规则；n传输带和取样长度、评定长度的标注传输带和取样长度、评定长度的标注表面纹理的标注表面纹理的标注p附加评定参数的标注附加评定参数的标注n加工余粮的标注加工余粮的标注标注举例标注举例18标注实例标注实例表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测n比较法：比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多将被测表面和表

12、面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。n光切法：光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于测量常用于测量Rz 为为0.560m。n干涉法：干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量Rz。n印模法：印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。适用于笨重零件及内表面。n针

13、描法针描法:n三维几何表面测量三维几何表面测量:第六章第六章 滚动轴承的精度设计滚动轴承的精度设计一、概述一、概述n作用作用：轴承是一种传动支承部件，它既可以用于：轴承是一种传动支承部件，它既可以用于支承旋转的轴，又可以减少轴与支承部件之间的支承旋转的轴，又可以减少轴与支承部件之间的摩擦力，广泛地用于机械传动中。摩擦力，广泛地用于机械传动中。n分类分类： n滑动轴承滑动轴承（铜轴瓦）：（铜轴瓦）：n滚动轴承滚动轴承 ：n按滚动体结构：球轴承、滚子轴承、滚针轴承按滚动体结构：球轴承、滚子轴承、滚针轴承n按承受载荷形式：向心轴承、推力轴承、向心推力按承受载荷形式：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承轴

14、承轴承的作用及分类：轴承的作用及分类：2 2滚动轴承的组成滚动轴承的组成： n结构结构滚滚动轴承由内动轴承由内圈、外圈、圈、外圈、滚动体和保滚动体和保持架组成。持架组成。外圈外圈内圈内圈保持架保持架滚动体滚动体3 3滚动轴承的安装形式：滚动轴承的安装形式： n外圈与箱体上的轴承座配合，外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。内圈与旋转的轴颈配合。 n通常外圈固定不动通常外圈固定不动因而因而外圈与轴承座为较松配合；外圈与轴承座为较松配合；内圈随轴一起旋转内圈随轴一起旋转内圈内圈与轴也为不大的过盈量。与轴也为不大的过盈量。n 考虑到运动过程中轴会受热考虑到运动过程中轴会受热变形延伸，一端轴

15、承应能够变形延伸，一端轴承应能够作轴向调节；调节好后应轴作轴向调节；调节好后应轴向锁紧。向锁紧。4 4滚动轴承的结构特点滚动轴承的结构特点： n滚动轴承是一种标准件。滚动轴承是一种标准件。 n有内外两种互换性。有内外两种互换性。 n滚动轴承的精度要求很高。滚动轴承的精度要求很高。5 5有关滚动轴承的国标规定：有关滚动轴承的国标规定： n滚动轴承的国家标准不仅规定了滚动滚动轴承的国家标准不仅规定了滚动轴承本身的尺寸公差、旋转精度（跳轴承本身的尺寸公差、旋转精度（跳动公差等）、测量方法，还动公差等）、测量方法，还规定可与规定可与滚动轴承相配的箱体孔和轴颈的尺寸滚动轴承相配的箱体孔和轴颈的尺寸公差、

16、几何公差和表面粗糙度。公差、几何公差和表面粗糙度。二滚动轴承的精度设计二滚动轴承的精度设计包括滚动轴承制造的尺寸精度、几包括滚动轴承制造的尺寸精度、几何公差、表面粗糙度等。何公差、表面粗糙度等。公差等级：公差等级：n滚动轴承公差等级按尺寸精度和旋转滚动轴承公差等级按尺寸精度和旋转精度分级：精度分级：n向心轴承：其名称和代号向心轴承：其名称和代号由低到由低到高高分分别别为：为：0. 6.5.4. 2（GB/T307.3-2005）。n凡属普通级的轴承，一般在轴承型号凡属普通级的轴承，一般在轴承型号上不标注公差等级代号上不标注公差等级代号公差带公差带 n任何尺寸的公差带由两个因素决定任何尺寸的公差

17、带由两个因素决定：公差带的宽窄和公差带的位置公差带的宽窄和公差带的位置。滚动。滚动轴承的公差带也不例外，其公差带如轴承的公差带也不例外，其公差带如图所示。图所示。n轴承内、外径公差带的特点是轴承内、外径公差带的特点是：所有：所有公差带都单向偏置在零线下方，即上公差带都单向偏置在零线下方，即上偏差为偏差为0，下偏差为负值。，下偏差为负值。轴承内外径公差带图：轴承内外径公差带图：0654206542+0-+0-Dd轴承外径Dmp的公差带轴承内径dmp的公差带滚动轴承的基本尺寸及公差要求（滚动轴承的基本尺寸及公差要求（1 1）：）：n基本尺寸：基本尺寸：滚动轴承的基本尺寸是指滚动轴承的滚动轴承的基本

18、尺寸是指滚动轴承的内内径径d、外径外径D和和轴承宽度轴承宽度B。n轴承的配合尺寸：轴承的配合尺寸：由于轴承内、外圈均为薄壁结构，由于轴承内、外圈均为薄壁结构，制造和存放时易变形，但在装配后能够得到矫正。制造和存放时易变形，但在装配后能够得到矫正。为了便于制造，允许有一定的变形。为保证轴承与为了便于制造，允许有一定的变形。为保证轴承与结合件的配合性质，所限制的仅是内、外圈在其单结合件的配合性质，所限制的仅是内、外圈在其单一平面内的平均直径，即一平面内的平均直径，即轴承的配合尺寸轴承的配合尺寸。n外径：外径： Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2n内径：内径： dmp=（dsmax+dsmin）

19、/2Dsmax、Dsmin为加工后测得的最大、最小单一外径。为加工后测得的最大、最小单一外径。dsmax、dsmin为加工后测得的最大、最小单一内径。为加工后测得的最大、最小单一内径。滚动轴承的基本尺寸及公差要求（滚动轴承的基本尺寸及公差要求（2 2）：）：n尺寸制造公差：尺寸制造公差：国家标准对轴承内径和外径国家标准对轴承内径和外径尺寸公差作了两种规定：尺寸公差作了两种规定：一是规定了内、外一是规定了内、外径尺寸的最大值和最小值所允许的偏差径尺寸的最大值和最小值所允许的偏差，即，即单一内、外径偏差，其目的是为了限制变形单一内、外径偏差，其目的是为了限制变形量；量；二是规定了内、外径实际尺寸的

20、最大值二是规定了内、外径实际尺寸的最大值和最小值的平均值偏差和最小值的平均值偏差，即单一平面平均内、，即单一平面平均内、外径偏差，目的是用于轴承的配合。二者应外径偏差，目的是用于轴承的配合。二者应符合国家符合国家。n滚动轴承的旋转精度滚动轴承的旋转精度：是指轴承内外圈的：是指轴承内外圈的径径向跳动公差向跳动公差；轴承内、外圈的端面对内孔轴轴承内、外圈的端面对内孔轴线的线的端面跳动公差端面跳动公差等。等。、滚动轴承精度等级的选择、滚动轴承精度等级的选择： 主要考虑以下几点：主要考虑以下几点：n机器功能对轴承部件的旋转精度要求。机器功能对轴承部件的旋转精度要求。一般一般这样选取具体参见教材这样选取

21、具体参见教材P140表表61）：）：n0：用于旋转精度要求不高的一般机构中。用于旋转精度要求不高的一般机构中。n6、5、4：用于旋转精度要求较高或转速较高用于旋转精度要求较高或转速较高 的机构中。的机构中。n2：用于高精度、高转速的特别精密部件上。用于高精度、高转速的特别精密部件上。n转速的高低：转速的高低：转速高时，由于与轴承配合的转速高时，由于与轴承配合的旋转轴或孔可能随轴承的跳动而跳动，势必旋转轴或孔可能随轴承的跳动而跳动，势必造成旋转的不平稳，产生振动和噪音。因此，造成旋转的不平稳，产生振动和噪音。因此，转速高时，应选用精度高的轴承。转速高时，应选用精度高的轴承。 5 5、滚动轴承的选

22、择：、滚动轴承的选择：n结构型式的选择：结构型式的选择：属于机械零件的范属于机械零件的范畴。主要对轴进行受力分析，确定轴承的畴。主要对轴进行受力分析，确定轴承的类型（向心、推力、向心推力）、轴承的类型（向心、推力、向心推力）、轴承的基本尺寸（内径、外径、轴承宽度）。基本尺寸（内径、外径、轴承宽度）。n轴承配合的精度计算：轴承配合的精度计算：轴承是根据工况选轴承是根据工况选用；与轴承相配合的轴颈、轴承座则需进用；与轴承相配合的轴颈、轴承座则需进行精度设计：包括配合性质的确定、形位行精度设计：包括配合性质的确定、形位公差的确定、表面粗糙度的确定等。这部公差的确定、表面粗糙度的确定等。这部分内容由互

23、换性解决。分内容由互换性解决。三滚动轴承配合的精度设计三滚动轴承配合的精度设计滚动轴承配合制：滚动轴承配合制： n滚动轴承与外圈相配合的部分采用滚动轴承与外圈相配合的部分采用基轴基轴制；制；与内圈相配合的轴采用与内圈相配合的轴采用基孔基孔制制。n轴承内圈与轴的配合是基孔制，滚动轴承轴承内圈与轴的配合是基孔制，滚动轴承内圈所有公差等级的内圈所有公差等级的都在零线的下都在零线的下方且上偏差为零方且上偏差为零。其主要原因是轴承配合。其主要原因是轴承配合的特殊要求。在大多数情况下，轴承的内的特殊要求。在大多数情况下，轴承的内孔要随轴一起转动，两者之间的配合必须孔要随轴一起转动，两者之间的配合必须有一定

24、的过盈。有一定的过盈。轴承配合轴承配合公差带公差带轴颈、轴承座配合公差轴颈、轴承座配合公差 等级的选择：等级的选择：n与滚动轴承相配合的孔、轴的公差等与滚动轴承相配合的孔、轴的公差等级与轴承的公差等级密切相关。一般级与轴承的公差等级密切相关。一般与与6、0轴承配合的轴，其公差等级多轴承配合的轴，其公差等级多为为IT5IT7，箱体孔多为箱体孔多为IT6IT8等。等。 配合性质的选择：配合性质的选择：n轴承配合性质的选择即是确定与轴承轴承配合性质的选择即是确定与轴承相配合的相配合的轴颈和轴承座轴颈和轴承座的基本偏差代的基本偏差代号。号。n选择轴承配合性质的依据是：轴承内选择轴承配合性质的依据是：轴

25、承内外圈所受的外圈所受的负载类型负载类型、轴承所受、轴承所受负载负载的大小的大小、轴承的、轴承的工作条件工作条件、与轴承相、与轴承相配合的孔和轴的配合的孔和轴的材料和装卸要求材料和装卸要求等。等。 负载类型负载类型： n局部负载：局部负载：作用于轴承上的合成作用于轴承上的合成径向负载径向负载与套与套圈相对静止，即负载方向始终不变地作用在套圈相对静止，即负载方向始终不变地作用在套圈滚道的局部圈滚道的局部上。通常采用小间隙配合或上。通常采用小间隙配合或过渡配合。过渡配合。n循环负载：循环负载：作用于轴承上的合成径向负载与套作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对旋转，即合成径向负载顺次作用在套圈圈相对

26、旋转，即合成径向负载顺次作用在套圈的整个的整个上。通常采用过盈或较紧的过渡配上。通常采用过盈或较紧的过渡配合。合。n摆动负载：摆动负载：作用于轴承上的合成径向负载与所作用于轴承上的合成径向负载与所承载的套圈在一定区域内相对摆动，即合成径承载的套圈在一定区域内相对摆动，即合成径向负载经常变动地作用在套圈滚道的小于向负载经常变动地作用在套圈滚道的小于180的部分的部分上。上。负载类型示例：负载类型示例：负载的大小：负载的大小： n轴承在负载的作用下，套圈会发生变形，轴承在负载的作用下，套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。因此，使配合面受力不均匀，引起松动。因此，受重负载时配合应紧些，受轻负载时配合受重负载时配合应紧些，受轻负载时配合应松些。一般地，负载如下分类：应松些。一般地，负载如下分类：n轻负载：轻负载： P0.07Cn正常负载：正常负载：0.07CP0.15Cn重负载：重负载： P0.15C 其中：其中：C为轴承的额定负载，数据可以从有关手为轴承的额定负载，数据可以从有关手册中查找。册中查找。工作温度：工作温度： n轴承旋转时，套圈的温度经常高于相轴承旋转时，套圈的温度经常高于相邻零件的温度。轴承的内圈可能因热邻零件的温度。轴承的内圈可能因热胀而使配合变松；外圈会因热胀而使胀而使