极限与配合课件

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滚动轴承、键和螺纹的互换性滚动轴承的互换性

1.概述

2.滚动轴承的精度等级

3.滚动轴承内径与外径的公差带及其特点

4.滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择概述作用：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摩擦力，广泛地用于机械传动中。分类：

滑动轴承滚动轴承

轴承的作用及分类

滚动轴承的分类：T

BTCHDddDd外圈

内圈

滚动体

保持架DαdDa)球轴承b)圆锥滚子轴承

c)向心轴承d)推力轴承

按滚动体形状：球轴承、滚子轴承、滚针轴承按承受载荷方向：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承推力轴承圆锥滚子轴承深沟球轴承常用轴承生产方式与孔、轴之间的配合尺寸互换性：采用完全互换组成零件之间的互换性：采用不完全互换滚动轴承的组成：

标准件外圈滚珠内圈保持架滚动轴承的结构特点：

滚动轴承的精度要求很高。具有内外两种互换性。其工作性能主要取决于：①轴承本身的制造精度；②轴承与孔、轴配合性质；③相配合的孔、轴的精度。④轴和壳体孔的尺寸精度；

⑤………………形位误差；⑥………………表面粗糙度。GB4199—84《滚动轴承公差定义》GB/T307.1—94《滚动轴承向心轴承公差》GB/T307.4—94《滚动轴承推力球轴承公差》GB/T275—93《滚动轴承与轴和外壳的配合》GB/T4604—84《滚动轴承径向游隙》影响滚动轴承使用要求的因素及其控制影响因素控制滚动轴承自身误差滚动轴承制造过程控制

轴颈、外壳孔与滚动轴承内、外径配合不当轴颈、外壳孔误差配合设计控制轴颈、外壳孔公差控制滚动轴承的精度等级

滚动轴承的安装形式

外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。通常外圈固定不动——因而外圈与轴承座为过盈配合；内圈随轴一起旋转——内圈与轴也为过盈配合。考虑到运动过程中轴会受热变形延伸，一端轴承应能够作轴向调节；调节好后应轴向锁紧。

滚动轴承的性能要求

必要的旋转精度轴承工作时轴承的内外圈和端面的跳动应控制在允许的范围内，以保证零件的回转精度

合适的游隙滚动体与内、外圈之间的游隙分为径向游隙和轴向游隙。轴承工作时这两种游隙的大小应保持在合适的范围内，以保证轴承正常运转，寿命长。

滚动轴承的精度等级尺寸精度旋转精度d、D、B的尺寸公差轴承内外圈相对转动时跳动的程度（形位公差）

0级和2级轴承内圈内径公差数值分别与GB／T1800．3-98中IT5和IT3的公差数值相近，而外圈外径的公差数值分别与IT5和IT2的公差数值相近。P0、P6、P5、P4、P2五级，

P可省（G、E、D、C、B五级，）

P0普通级（免标代号）P2最高级

P6、P5、P4较高级滚动轴承的公差等级及应用公差等级滚动轴承按其内外圈基本尺寸公差和旋转精度分为五级：其名称和代号由低到高分别为普通级/0、高级/6、/6x、精密级/5、超精密级/4、最精密级/2。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。0、6、5、4、2适用于向心轴承；0、6x、5、4适用于圆锥滚子轴承；0、6、5、4适用于推力轴承。

滚动轴承精度等级的选择0：用于旋转精度和运动平稳性要求不高的一般机构中，应用最广。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。6、5、4：用于旋转精度和运动平稳性要求较高或转速较高的机构中。普通（精密）机床的主轴轴承，精密机床传动轴使用的轴承。2：用于高精度、高转速的特别精密部件上。精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器和高转速机构中使用的轴承。转速的高低：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。滚动轴承内径与外径的公差带及其特点1、滚动轴承内、外径的配合滚动轴承是标准件，其内圈与轴颈的配合应采用基孔制，外圈与孔的配合应采用基轴制。

配合制：★配合性质：通常轴承内圈与轴一起旋转，为了防止内圈与轴颈的配合面相对滑动而产生磨损，要求配合具有少量的过盈（不传载）。外圈装在壳孔中，通常不旋转，为防轴热膨胀，其一端常为游动支承，因此外圈与壳孔配合应稍松（不跳动）。基本尺寸：内径d、外径D和宽度B。轴承的配合尺寸：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。为了便于制造，允许有一定量的变形。为保证轴承与结合件的配合性质，所限制的仅是内、外圈在其单一平面内的平均直径，即轴承的配合尺寸.滚动轴承的尺寸1．单一平面平均内径：在轴承内圈任一横截面内测得的内圈内径的最大与最小直径的平均值，用dmp表示。2．单一平面平均外径：在轴承外圈任一横截面内测得的外圈外径的最大与最小直径的平均值，用Dmp表示。3．单一平面平均内径偏差：单一平面平均内径与公称直径（用d表示）的差，用Δdmp表示。

4．单一平面平均外径偏差：单一平面平均外径与公称直径（用D表示）的差，用ΔDmp表示。滚动轴承的尺寸尺寸制造公差两种规定单一内、外径偏差Δds、ΔDs单一平面平均内、外径偏差Δdmp、ΔDmp限制变形量用于轴承的配合形位公差：两种规定单一平面内，内外径变动量Vdp、VDp轴承平均内外径变动量Vdmp、VDmp旋转精度：指轴承内外圈的径向跳动和端面跳动公差等凡合格的滚动轴承，都应满足表中公差要求公差等级06542基本尺寸/mm极限偏差/μm

大于到上偏差下偏差

上偏差下偏差上偏差下偏差上偏差下偏差上偏差下偏差内圈Δd

mp18300－100－80－60－50－2.530500－120－100－80－60－2.5外圈ΔDmp50800－130－110－90－70－4801200－150－130－100－80－5部分向心轴承Δd

mp和ΔDmp的极限值

2.内、外径公差带特点任何尺寸的公差带由两个因素决定：公差带的大小和公差带的位置。滚动轴承的公差带也不例外。轴承内、外径公差带的特点是：所有公差带都单向偏置在零线下方，即上偏差为零，下偏差为负值。均呈现单向分布的特点。0654206542+0-+0-Dd轴承外径Dmp

的公差带轴承内径dmp的公差带内、外径公差带

Dmp的公差带与一般基轴制公差带类似，位于以公称外径D为零线的下方。即上偏差为“0”，下偏差为“－”，但公差值不同。

dmp的公差带与一般基孔制公差带不同，位于以公称内径d为零线的下方。即上偏差为“0”，下偏差为“－”，这与一般基孔制公差带相反。其主要原因是为了防止内圈与轴径的配合面相对滑动而使配合面产生磨损，影响轴承的工作性能，因此要求配合面间有少量的过盈量。轴承内外圈均为薄壁零件，过盈量大会使其产生较大的变形，影响轴承内部的游隙。轴承外圈外圆柱面公差带位于以公称内径D为零线的下方，且上偏差为0。轴承外圈安装在机器外壳孔中，机器工作时，温度会升高而使轴膨胀。若外圈不旋转，则可把外圈与外壳孔配合得稍松一些，使之能补偿轴的热膨胀微量伸长量，不然轴会弯曲，轴承内外圈中间得滚动体就有可能卡死。薄壁零件型的轴承内外圈无论在制造过程中或在自由状态下都容易变形，但当其与形状正确的轴径、外壳孔装配后，这种变形容易得到矫正。GB/T307.1-2005：在轴承内、外圈任一横截面内测得的最大与最小直径平均值对公称直径的实际偏差在内、外径公差带内，就认为合格。轴径和外壳孔的常用公差带

由于滚动轴承内圈内径和外圈外径的公差带在生产轴承时业已确定，故轴承在使用时与轴径和外壳孔的配合面间所需要的配合性质要由轴径和外壳孔的公差带决定。17种轴颈公差带16种壳孔公差带ΔDmp适用范围：P142轴承外径与壳体孔的配合性质：虽然轴承外径与壳体孔属基轴制配合，但因Dmp的公差值是特殊规定的，所以同一个孔的公差带（如M6）与轴承外径形成的配合，与一般圆柱体的基轴制配合（如M6／h5）也不完全一样。但配合性质没有改变。

轴承内圈与轴颈配合性质：虽然是基孔制，由于轴承内圈公差带在零线以下，所以同一个轴公差带（如ｍ５）与轴承内径形成的配合，要比它与一般基孔制形成的配合（如H6／ｍ5）紧得多。有的由间隙配合变为过渡配合，有的由过渡配合变为过盈配合。轴承内圈与轴径的配合比GB1801-79中基孔制同名配合偏紧一些，h5、h6、h7、h8轴径与与内圈的配合变成过渡配合，k5、k6、m5、m6、n6轴径与内圈的配合变成过盈量较小的过盈配合，其余的也有所偏紧。轴承外圈与外壳孔的配合与GB1801-79中基轴制同名配合相比较，配合性质基本一致。滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择正确选择配合保证机器正常运转提高轴承使用寿命充分发挥轴承的承载能力主要考虑因素工作条件负荷的大小、方向和性质轴承类型和尺寸孔轴材料、结构、工作温度、装卸和调整。

配合性质的选择1.负荷类型：

轴承转动时，根据作用于轴承上合成径向负荷相对于套圈的旋转情况，将负荷分为三类：局部负荷、循环负荷、摆动负荷。Pg

a)a)内圈—循环负荷外圈—局部负荷

(1)定向负荷（局部负荷）：☆作用于轴承上的合成径向负荷与套圈相对静止，即负荷方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。通常采用小间隙配合或较松过渡配合。☆(2)旋转（循环）负荷：作用于轴承上的合成径向负荷与套圈相对旋转，即合成径向负荷顺次作用在套圈的整个圆周上。通常采用过盈或较紧的过渡配合。过盈量以不产生爬行为原则。Pgb)

b)内圈—局部负荷外圈—循环负荷

轴承套圈上受二个力作用时的受力分折A

BPPxPgPPxPPP设轴承套圈同时承受定向负荷Pg和旋转负荷Px，且｜Pg｜＞｜Px｜则合力由小到大，再由大到小周期变化，在轴承套圈滚道的AB区域内形成摆动负荷。PgPx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，其配合与循环负荷相同（过渡）或略松一些。PgPx

Px＜PgPx＜Pg

c)d)c)内圈—循环负荷外圈—摆动负荷d)内圈—摆动负荷外圈—循环负荷☆（3）摆动负荷：（1）当套圈相对于负荷方向固定时，该套圈与轴颈或外壳孔的配合应稍松些，一般选用具有平均间隙较小的过渡配合或具有极小间隙的间隙配合。（2）当套圈相对负荷方向旋转时。该套圈与轴颈或外壳孔的配合应较紧，一般选用过盈小的过盈配合或过盈概率大的过渡配合。必要时，过盈量的大小可以通过计算确定。（3）当套圈相对于负荷方向摆动时，该套圈与轴颈或外壳孔的配合的松紧程度，一般与套圈相对于负荷方向旋转时选用的配合相同，或稍松一些。结论结论：局部负荷（套圈相对于负荷方向固定）循环负荷（套圈相对于负荷方向旋转）摆动负荷（套圈相对于负荷方向摆动）用较松配合用较紧配合用过渡配合负荷大小与孔、轴配合的最小过盈，主要取决于负荷大小。

轻负荷：P≤0.07Cr

正常负荷：0.07Cr﹤P≤0.15Cr

重负荷：P﹥0.15Cr径向当量动负荷PrCr为轴承额定负荷通常：承受重负荷或冲击负荷时，轴承变形↑，实际Y↓、实际X↑→选较大的过盈配合。承受轻负荷时→选较小的过盈配合。

径向游隙游隙过大，会使转轴产生较大的径向跳动和轴向跳动，从而产生较大的振动和噪声；游隙过小，若为过盈配合，会使滚动体与套圈产生较大的接触应力，增加轴承摩擦发热，降低使用寿命。游隙的大小应适中。GB/T4604—2006规定，轴承的径向游隙共分五组：2组，0组，3、4、5组，游隙的大小依次由小到大。其中，0组为基本游隙组。0组径向游隙值适用于一般的运转条件、常规温度及常用的过盈配合，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。轴承组件的轴向游动◆轴承外圈大多不旋转，不要求太紧的配合；◆有些场合下工作温度较高，使轴受热伸长

◆轴两端轴承中至少有一端是游动支承，因而把配合选得稍松一点，使之能补偿轴的热变形，可防止轴的弯曲或卡死。工作温度：

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胀而使配合变松；外圈会因热胀而使配合变紧。选择配合时应考虑温度的影响。一般当工作温度超过100°C时，应将其配合适当修正。旋转精度和旋转速度：

当对轴承有较高旋转精度要求时，为消除弹性变形和振动的影响，应避免采用带间隙的配合，但也不能太紧。轴承转速越高，应选用愈紧的配合。安装与拆卸要求考虑轴承安装与拆卸的方便，宜采用较松的配合；对重型机械用的大型和特大型轴承，这点尤为重要。又要求安、拆方便，又要求配合紧时

i采用分离轴承；

ii内圈带锥孔、带紧定套和退卸套的轴承；

iii剖分轴承座；其他因素轴承工作时，由于摩擦发热和其他热源的影响，套圈的温度高于相配合零件的温度，引起内圈与轴径的配合变松，外圈与外壳孔的配合变紧，故工作温度高于100℃时，应适当修正。剖分式外壳和整体式外壳上孔与轴承外圈的配合，前者应松些，以避免夹扁外圆。运转状态负荷状态深沟球轴承、调心球轴承、角接触球轴承圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承调心滚子轴承公差带说明举例轴承公称内径内圈相对于负荷方向转动及摆动一般通用机械、电动机、机床主轴、泵、内燃机、正齿轮传动装置、铁路机车车辆轴箱、破碎机等轻负荷≤18>18～100>100～200

—≤40>40～140>140～200—≤40>40～100>100～200

h5j6k6m6正常负荷≤18>18～100>100～140>140～200>200～280———≤40>40～100>100～140>140～200>200～400——≤40>40～65>65～100>100～140>140～280>280～560j5、js5k5m5m6n6p6r6重符合

>50～140>140～200>200—

>50～100>100～140>140～200>200n6p6r6r7内圈相对于负荷方向固定静止轴上的各种轮子、张紧轮、绳轮、振动筛、惯性振动器所有负荷

所有尺寸f6g6h6j6仅有轴向负荷所有尺寸j6、js6

运转状态公差带球轴承滚子轴承

G7

H7其他状态

轴向容易移动

轴向能或剖分

J7.Js7

轴处于高温下工作采用剖分式外壳移动，采用整体式式外壳

轴向不移动，采用整体式壳

K7

M7说明固定的外圈负荷摆动负荷旋转的外圈负荷举例一般机械、铁路机车车辆轴箱、电动机、泵张紧滑轮、轮彀轴承J7

K7K7M7M7.N7负荷状态

轻、正常、重负荷

冲击负荷轻、正常负荷正常、重负荷冲击负荷轻负荷正常负荷

重负荷

N7.P7形位公差及表面粗糙度的确定：

为了保证轴承的正常运转，除了正确地选择轴承与轴颈及箱体孔的公差等级及配合外，还应对轴颈和箱体孔的形位公差及表面粗糙度提出要求。形状公差：主要是轴颈和箱体孔的表面圆柱度要求。Φ100H7（）+0.0350A0.015A0.061.62+0.012Φ55j6（）-0.0070.040.01AA0.81.25形状公差：位置公差：表面粗糙度：形位公差及表面粗糙度的确定：

位置公差：主要是轴、孔肩端面的跳动公差。表面粗糙度：表面粗糙度值的高低直接影响着配合质量和连接强度，因此，凡是与轴承内、外圈配合的表面通常都对表面粗糙度提出较高的要求。Φ100H7（）+0.0350A0.015A0.061.62+0.012Φ55j6（）-0.0070.040.01AA0.81.25形状公差：位置公差：表面粗糙度：φ55j6φ100H7在装配图上的标注在装配图上，不用标注轴承的公差等级代号，只需标注与之相配合的轴承座及轴颈的公差等级代号。Φ100H7（）+0.0350A0.015A0.061.62+0.012Φ55j6（）-0.0070.040.01AA0.631.25在零件图上的标注在零件图上，应标注以下参数：A、尺寸公差B、形状公差C、位置公差D、表面粗糙度例：在C616车床主轴的后支承上，装有两个单列向心球轴承，外形尺寸为d×D×B=50×90×20。

试选定：②轴承与轴、壳体孔的配合。①轴承的精度等级；解：1、确定轴承的精度等级：

工作条件1、轻载普通车床2、旋转精度和转速较高查P139：选用6级精度的轴承工作条件内圈与轴同转，循环负荷，配合略紧外圈不动，局部负荷，配合略松查P144表6-3：选用Φ50j6的轴查P144表6-4：选用Φ90H7的壳体孔2、确定轴承与轴和壳体孔的配合3、确定轴承单一平面平均内外径极限偏差：查下表：单一平面平均内径偏差Φ500-0.01

查下表：单一平面平均外径偏差Φ900-0.0134、确定轴与壳体孔的极限偏差：查表2-4、2-7得：轴为Φ50+0.011

查表2-4、2-8得：孔为Φ90+0.0350

-0.005公差等级06542基本尺寸/mm极限偏差/μm

大于到上偏差下偏差

上偏差下偏差上偏差下偏差上偏差下偏差上偏差下偏差内圈Δd

mp18300－100－80－60－50－2.530500－120－100－80－60－2.5外圈ΔDmp50800－130－110－90－70－4801200－150－130－100－80－5部分向心轴承Δd

mp和ΔDmp的极限值5、画公差与配合图解：

6、确定轴承与轴和壳体孔的配合性质：

轴承内圈与轴：

Xmax=0－(－0.005)=0.005

Ymax=－0.01－0.011=－0.021X平均=(0.005－0.021)÷2=－0.008轴承外圈与壳体孔：

Xmax=0.035－(－0.013)=0.048

Xmin=0X平均=(0.035－0)÷2=0.01757、确定轴和壳体孔的形位公差和表面粗糙度：

查表6-5：轴径圆柱度t=0.0025

壳体孔圆柱度t=0.006轴肩端面圆跳动t1=0.008壳体孔肩端面圆跳动t1=0.015查表6-6:轴径表面粗糙度Ra=0.8

壳体孔表面粗糙度Ra=1.6轴肩端面表面粗糙度Ra=3.2

孔轴肩端面表面粗糙度Ra=3.28、轴和壳体孔的工作图：

1.滚动轴承单一平面平均内径和平均外径的公差带分布特点是

。2.滚动轴承为标准部件，故外壳孔与轴承外圈的配合按

制，轴颈与轴承内圈的配合按

制。3.滚动轴承套圈若承受循环负荷，应该选择较

的配合。

4.滚动轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，故其公差带在零线的上方（下偏差为零）()5.当滚动轴承的外圈受局部负荷时，与箱体孔的配合应松一些。()复习思考题17种轴颈公差带16种壳孔公差带ΔDmp适用范围：P142内容回顾习题滚动轴承内圈的内径尺寸公差为10μm，与之相配合的轴颈的直径公差为13μm，若要求最大过盈为-8μm，则该轴颈的上偏差应为

μm，下偏差应为

μm。滚动轴承最常用的公差等级是

级。其外圈与H7外壳孔配合的性质是（）。

-0.002-0.0150或6（6X）间隙配合②②键的互换性键联结的用途键联结和花键联结是机械产品中普遍应用的结合方式之一，在机械工程中应用广泛，它用作轴和轴上传动件(如齿轮、皮带轮、手轮和联轴节等)之间的可拆联结，用以传递扭矩和运动。当轴与传动件之间有轴向相对运动要求时，键联结和花键联结还能起导向作用，如变速箱中变速齿轮花键孔与花键轴的联结，使齿轮可以沿花键轴移动以达到变换速度的目的。

键和花键的分类

键的分类：常用的键联结有平键（包括普通平键和导向平键）、半圆键、切向键和楔键联结，其中以平键联结应用最广泛。花键的分类：花键联结分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键联结，其中以矩形花键联结应用最广泛。普通平键分为以下三种：A型（圆头）B型（方头）C型（单圆头）键槽应力集中大用于轴端，安装方便。

平键连接的互换性

包括尺寸精度设计、形位精度设计以及表面粗糙度的精度设计。

尺寸精度设计平键联结的基本构成：平键联结是由键、轴键槽、轮毂键槽构成。在工作时，通过键的侧面与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递转矩。平键联结的配合尺寸：键和轴槽、轮毂槽的宽度尺寸是配合尺寸。其余尺寸，如键高、键长、轴槽深、轮毂槽深等都属于非配合尺寸，应给予较松的公差。普通平键的联接结构AALbhd-t1D+t2t1t2AA

尺寸精度设计

平键联结的配合制：由于使用的平键为标准件，且键又为外表面，因而，键与轴槽、键与轮毂槽的配合均采用基轴制。国家标准对键宽只规定了一种公差带h9。一般键与轴槽配合要求较紧，键与轮毂槽配合要求较松，相当于一个轴与两个孔相配合，且配合性质不同。国家标准对轴槽宽和轮毂槽宽各规定了三种公差带，构成三种配合形式，分别对应于较松键联结、一般键联结和较紧键联结。用于不同的场合。键宽与键槽宽公差带图如图示平键公差带图+0-bh9H9D10h9N9JS9h9P9P9键宽公差带轴槽公差带轮毂公差带较松键联结一般键联结较紧键联结配合种类尺寸b的公差带应用键轴键槽轮毂键槽较松联结h9H9D10用于导向平键，轮毂在轴上移动一般联结N9JS9键在轴键槽中和轮毂键槽中均固定，用于载荷不大的场合较紧联结P9P9键在轴键槽中和轮毂键槽中均牢固定，用于载荷大、有冲击和双向转矩的场合非配合尺寸的公差带平键高度：h11；键长：h14；键槽长：H14；轴键槽深度和轮毂键槽深度的极限偏差由GB/T1095-2003专门规定。为了便于测量，在图样上对轴键槽深度和轮毂键槽深度分别标注尺寸d－t和d＋t1。bd-ttd+t1hdLAAA—A

形位精度设计

为了保证键宽与键槽宽之间具有足够的接触面积和可装配性，对键和键槽的位置误差要加以控制，应分别规定轴键槽对轴的基准线和轮毂槽对孔的基准轴线的对称度公差，一般可按对称度公差7～9级选取，查表时，公称尺寸是指键宽。表面粗糙度的选择

键和键槽配合面的表面粗糙度一般取Ra1.6～6.3μm，非配合面取Ra6.3～12.5μm。

轴的标注示例

0.02A50-0.20Φ56r6（）Ⓔ+0.060+0.041A3.23.212.51.616N9（）0-0.0431、标注槽深d-t及公差2、标注槽宽b及公差3、标注对称度公差4、标注表面粗糙度轮毂的标注示例Φ56H7（）Ⓔ+0.030A3.23.216JS9（）±0.02150.02A60.30+0.21.61、标注轮毂深d+t1及公差2、标注槽宽b及公差3、标注对称度公差4、标注表面粗糙度

花键配合的精度设计花键分为内花键（花键孔）和外花键（花键轴），它是把键和轴、键槽和轮毂做成一整体的联结件，它既可以是固定联结，也可以是滑动联结。与键联结相比，花键联结有联结可靠，强度高，可以传递较大的转矩，且孔、轴定心精度高和导向精度高等优点。

花键有如下优点：（1）载荷分布均匀，承载能力强，可传递更大的扭矩；（2）导向性好；（3）定心精度高，满足了高精度场合的使用要求。c)三角花键

a)矩形花键

b)渐开线花键

矩形花键结构示例外花键内花键尺寸精度设计（1）矩形花键的基本尺寸：基本尺寸有小径d、大径D、键槽宽B。键数规定为偶数，分别为6、8、10三种。基本尺寸规定了轻、中两个系列，同一小径的轻系列和中系列的键数相同，键宽（键槽宽）也相同，仅大径不同。尺寸精度的规定：花键联结的主要要求是保证内、外花键的同轴度，以及键侧面与键槽侧面接触均匀，保证传递一定的转矩。内外花键的定心要求；侧面传力，需要充分大的有效接触面积以保证使用寿命和联结可靠性；对于滑动花键内外花键之间应有必要的间隙；花键的分度准确要求。使用要求花键定心方式

b)小径定心

a)大径定心c)键宽定心三种定心方式：小径d定心，大径D定心，键侧B定心。按前两种定心方式时，定心直径的公等级要求较高，非定心直径的公差等级要求较低，并且非定心直径表面之间有相当大的间隙，以保证不接触。但是，键和键槽的侧面无论作为定心表面与否，其宽度尺寸都应有足够的精度，因为要传递扭矩和导向。国家标准规定采用小径定心，即把小径的结合面作为定心表面，规定较高的精度；其它两个尺寸规定较低的精度。矩形花键的公差与配合尺寸系列：轻、中两个系列，基本尺寸及其规格如表。尺寸公差带：基孔制配合。

形位精度设计对矩形花键的形位公差做如下规定：因为小径是花键联结的定心尺寸，必须保证其配合性质，所以内、外花键小径d的极限尺寸应遵守包容原则，即花键孔和轴的小径不能超越最大实体边界。为保证装配性和键侧受力均匀，规定花键的位置度公差应遵守最大实体原则，即不能够超过实效边界。关于图a最大实体原则的讨论：1、键槽宽B=7mm（MMS），基准孔D=28mm（MMS），位置度为0.02mm2、键槽宽B=7.09mm（LMS），基准孔D=28mm（MMS），位置度为0.02+0.09=0.11mm3、键槽宽B=7.09mm（LMS），基准孔D=28.021mm（LMS），位置度为0.02+0.09+0.021=0.131mm

表面粗糙度的选择：

加工表面内花键外花键Ra不大于小径1.60.8大径6.33.2键侧6.31.6

内、外花键标注示例

矩形花键的尺寸公差带代号和配合代号按照花键规格规定的次序标注，即N×d×D×B。即：内花键：6×28H6×32H10×7H9外花键：6×28g5×32a11×7f7花键副：

花键图样标注示例

花键图样标注示例7.4螺纹的互换性GB192-81：《普通螺纹基本牙型》GB2515-81：《普通螺纹术语》GB197-81：《普通螺纹公差与配合》JB2886－92：《机床梯形螺纹丝杠、螺母技术条件》

螺纹的种类和使用要求在机械制造中，螺纹联接和传动的应用有很多，占有很重要的地位。根据其用途可分为三类:普通螺纹、传动螺纹和紧密螺纹

普通螺纹

通常也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固各种机械零件。如用螺栓和螺母连接并紧固两个联轴节套，这类螺纹联接的使用要求是良好的旋合性（内、外螺纹的旋入性及配合性质）和一定的连接强度。

传动螺纹这类螺纹通常用于传递运动或动力，如机床传动丝杠和量仪测微螺杆上的螺纹。螺纹联接的使用要求是传递动力的可靠性、传递位移的准确性和具有一定的间隙性。紧密(管)螺纹

这类螺纹用于使两个零件精密连接而无泄漏的结合中，如管螺纹。螺纹的使用要求是结合应具有一定的过盈，以保证不漏水、不漏气和不漏油。

普通螺纹的主要几何参数螺纹的几何参数取决于螺纹轴向剖面内的基本牙型。其基本牙型是将原始三角形(等边三角形)的顶部截去H/8和底部截去H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。该牙型具有螺纹的基本尺寸。普通螺纹基本牙型牙顶、牙底和牙侧牙顶：在螺纹凸起的顶部，连接相邻两牙侧的螺纹表面；牙底：在螺纹沟槽的底部，连接相邻两牙侧的螺纹表面；牙侧：牙顶和牙底之间的螺纹表面。

大径(D，d)大径是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的大径基本尺寸相等，即D=d。内螺纹的大径D又称"底径",外螺纹的大径d又称"顶径"。普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹公称直径尺寸。小径(D1，d1)

小径是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等,即D１=d1。内螺纹的小径D1又称"顶径",外螺纹的小径d1又称"底径"。

中径(D２，d２)

中径是指一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过螺纹牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，此假想圆柱称为中径圆柱。中径圆柱的母线称为中径线，其轴线即为螺纹轴线,相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相等，即D２=d２。单一中径(D2s，d2s)单一中径：指一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于基本螺距一半地方的直径。

D2、d2

D2s、

d2s实际中径线实际单一中径线实际牙型D2、d2

≠D2s、

d2s单一中径与中径之间的数量关系螺距(P)螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。导程：同一螺旋线上的相邻两牙在中径线对应点间的轴向距离。﹡螺距和导程的关系

单线螺纹：P=L螺距

=导程

多线螺纹：

P=L/n螺距导程牙侧角（α/2）牙侧角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂直线间的夹角。普通螺纹的牙型半角为30

螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指内外螺纹旋合时螺旋面接触部分的轴向长度。

螺纹几何参数偏差对互换性的影响

螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的联接强度。前者指公称直径和螺距基本尺寸分别相同的内、外螺纹能自由旋入，并获得规定的配合性质；后者指内、外螺纹的牙侧彼此能够接触均匀，具有足够的承载能力。影响螺纹互换性的主要几何参数有五个:大径、小径、中径、螺距和牙型半角。这几个参数在加工过程中不可避免地会产生一定的加工误差,不仅会影响螺纹的旋合性、接触高度、配合松紧、还会影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。

螺纹几何参数偏差对互换性的影响

内、外螺纹加工后,外螺纹的大径和小径要分别小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。而过小的话则接触高度减小，影响连接强度。

螺纹几何参数偏差对互换性的影响由于螺纹旋合后主要是依靠螺牙侧面工作，如果内、外螺纹的牙侧接触不均匀，就会造成负荷分布不均，势必降低螺纹的配合均匀性和联接强度。因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。

中径偏差的影响中径偏差是指中径的实际尺寸(以单一中径体现)与基本尺寸之代数差。就外螺纹而言，中径若比内螺纹大，干涉，必然影响旋合性；若过小，则会使牙侧间的间隙增大，联接强度降低。要控制螺纹的中径偏差。国标中规定了普通螺纹的中径公差。螺距偏差的影响

螺距偏差可分为单个螺距偏差和螺距累积偏差两种。单个螺距偏差：是指单个螺距的实际值与其基本值之代数差，它与旋合长度无关。螺距累积偏差：是指在规定的螺纹旋合长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴向距离与其基本值的最大差值，它与旋合长度有关。螺距累积偏差对互换性的影响更为明显。螺距偏差的影响

如图所示，假设内螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距偏差的外螺纹结合。外螺纹N个螺距的累积误差为ΔPΣ(μm)。内、外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，为使具有ΔPΣ的外螺纹旋入理想的内螺纹,就必须使外螺纹的中径减小一个数值fp(μm)。L理论=nPL实际=nP1ΔPΣFp/2内螺纹外螺纹螺距累积偏差对旋合性的影响示例螺距偏差的影响

同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距偏差的内螺纹与其结合。设在N个螺牙的旋合长度内，内螺纹存在ΔPΣ。为保证旋合性，就必须将内螺纹中径增大一个数值fp。数值fp就是补偿螺距偏差的影响而折算到中径上的数值。称为螺距误差中径当量：

fp=Pctg（/2）

对于普通螺纹，牙型半角/2=30，

fp=1.732P

式中P为螺距累积误差，它之所以取绝对值，是由于P不论取正值或负值，对螺纹旋合性的影响性质不变，只是改变牙侧干涉的位置。P应是在旋合长度内最大的螺距累积偏差值，而该值并非一定就出现在最大旋合长度位置上。

牙侧角偏差的影响

牙侧角偏差是指牙侧角的实际值对公称值的代数差，是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的位置误差。对螺纹的旋合性和联接强度均有影响。如何解决牙侧角误差引起的干涉问题？◆减少螺纹中经◆牙侧角误差的中经补偿量fα/2

牙型半角偏差的影响

外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外螺纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移，从而使外螺纹的中径减小一个数值fα/2。内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将内螺纹中径增大一个数值fα/2，该值称为牙型半角偏差的中径当量。

f/2

=0.073P（K1〡△1/2〡+K2〡△2/2〡)(um)Δ1/2、Δ2/2>0(+)<0(－)

外K1

、K223

内K1

、K232牙型半角（右半角）偏差，(分)

牙型半角（左半角）偏差，(分)

螺距，mm系数K1、K2：总结螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的联接强度。影响互换性的主要因素有大径、小径、中径、螺距和牙型半角五个指标。螺纹大径和小径处均留有空隙，一般不会影响配合性质。螺纹旋合后主要依靠螺牙侧面工作，如果内、外螺纹的牙侧接触不均匀，就会造成负荷分布不均，势必降低螺纹的配合均匀性和联接强度。因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把螺距累积误差和牙测角误差的影响折合在中径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。保证螺纹互换性的条件

中径公差——综合公差实际生产中实际螺纹同时存在三种误差：中径误差、螺距误差和牙型半角误差国标中未单独规定：螺距公差和牙型半角公差由于螺距偏差和牙型半角偏差对螺纹互换性的影响均可以折算成中径当量，并与中径尺寸偏差形成作用中径。考虑到作用中径的存在，可以不单独规定螺距公差和牙型半角公差，而仅规定一项中径公差，用以控制中径本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙型半角偏差的综合影响。

作用中径

（类似于作用尺寸的概念）作用中径：在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。作用中径的度量：在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹的一个理想内（外）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径d2m（D2m）。作用中径示意图◆在测量中，螺纹的实际中径用单一中径来代替外螺纹：内螺纹：

螺纹中径合格性判断原则

由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。判断中径的合格性应遵循泰勒原则：类似于包容要求实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。用表达式即为：外螺纹：内螺纹：d2minTd2d2maxd2md2sfpFα/2TD2D2sD2mfpFα/2D2，d2D2maxD2min内螺纹外螺纹螺纹中径合格性判断示例平键公差带图+0-bh9H9D10h9N9JS9h9P9P9键宽公差带轴槽公差带轮毂公差带较松键联结一般键联结较紧键联结内容回顾

f/2

=0.073P（K1〡△1/2〡+K2〡△2/2〡)(um)Δ1/2、Δ2/2>0(+)<0(－)

外K1

、K223

内K1

、K232牙型半角（右半角）偏差，(分)

牙型半角（左半角）偏差，(分)

螺距，mm系数K1、K2：

螺纹中径合格性判断原则

由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。判断中径的合格性应遵循泰勒原则：类似于包容要求实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。用表达式即为：外螺纹：内螺纹：总结螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的联接强度。影响互换性的主要因素有大径、小径、中径、螺距和牙型半角五个指标。螺纹大径和小径处均留有空隙，一般不会影响配合性质。螺纹旋合后主要依靠螺牙侧面工作，如果内、外螺纹的牙侧接触不均匀，就会造成负荷分布不均，势必降低螺纹的配合均匀性和联接强度。因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把螺距累积误差和牙测角误差的影响折合在中径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。普通螺纹公差与配合螺纹公差带是沿基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的牙型公差带，在垂直于螺纹轴线的方向测量。

螺纹公差带公差带的大小和公差等级公差带的大小由公差值确定，表示螺纹中径尺寸的允许变动量。而公差值则取决于螺纹公称直径和螺距基本尺寸的大小及中径和顶径公差等级的高低。GB197-81对螺纹中径和顶径分别规定了几个公差等级。螺纹直径公差等级内螺纹小径D14、5、6、7、8内螺纹中径D24、5、6、7、8外螺纹大径d4、6、8外螺纹中径d23、4、5、6、7、8、9各公差等级中3级最高，9级最低，6级为基本级；国家标准对内、外螺纹底径没有规定公差，仅对内螺纹规定底径的最小极限尺寸，使之大于外螺纹大径的最大极限尺寸，外螺纹底径的最大极限尺寸，小于内螺纹小径的最小极限尺寸。这样保证了内、外螺纹的大径间和小径间不会产生干涉，以满足旋入性的要求。公差带的位置和基本偏差公差带的位置是指公差带相对于基本牙型的距离，该距离由基本偏差决定。规定内螺纹的下偏差（EI）和外螺纹的上偏差（es）为基本偏差。对内螺纹规定代号为H和G的两种基本偏差；对外螺纹规定代号为e、f、g、h四种基本偏差。螺纹中径和顶径的基本偏差：0D2D1D基本牙型GEIESTTD2/2TD1/2EI/2ES=TDD2D1基本牙型HTD2/2TD1/2EI=0T内螺纹公差带位置基本牙型esdd2es/2d1d1maxTTd2/2Td/2eiefg0h基本牙型Td/2Td2/2d1maxd1d2d0ei=－Tes=0T外螺纹公差带位置

螺纹公差等级与旋合长度

螺纹结合的精度不仅与螺纹公差带大小有关，还与螺纹的旋合长度有关。旋合长度愈长，螺距的累积误差愈大，较难旋合，且加工长螺纹比短螺纹难以保证精度。因此对不同的旋合长度规定不同大小的公差带，旋合长度是螺纹精度设计中必须考虑的因素。螺纹公差等级与旋合长度国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为短（S）、中（N）、长（L）三种旋合长度。设计时一般采用N组。对于调整用的螺纹，可根据调整行程的长短选取旋合长度；对铝合金等轻金属零件的螺纹，为保证机械强度，可选用L组，对于受力不大且受空间位置限制的螺纹，可用S组。国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公差带，分别是精密级、中等级和粗糙级，代表着不同的加工难度。螺纹精度设计结合精度的确定：精密级——用于精密联结螺纹，配合性质稳定，保证定位精度。如飞机零件：4H5H内螺纹和4h外螺纹。中等级——用于一般用途联结。粗糙级——用于要求不高及制造困难的螺纹，如较深的盲孔中的螺纹。旋合长度的确定：一般多用N组。公差带的确定：是螺纹公差等级和基本偏差的组合。表示方法是公差等级后加上基本偏差代号。如外螺纹：6f；内螺纹：6H。与普通尺寸标注有差别。普通螺纹推荐公差带

螺纹公差带与配合的选择螺纹公差带与配合的选择螺纹公差带与配合的选择配合的选用：理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触高度出发，最好选用H/g、H/h、G/h的配合。对成批大量生产，可选用H/g或G/h；对单件小批生产，选H/h。外螺纹需要涂镀时，镀厚为10μm时选g，镀厚为20μm时选f，镀厚为30μm时选e；内外螺纹均需涂镀时，采用G/e或G/f。螺纹的表面粗糙度工件螺纹中径公差等级4，56，78，9Ra允许值螺栓、螺钉、螺母1.63.23.2～6.3轴及套筒上螺纹0.8～1.61.63.2普通螺纹的标记完整的螺纹标记由螺纹代号（含螺纹公称直径、导程、螺距）、螺纹公差等级代号（按中径、顶径顺序）和螺纹旋合长度组成，中间用“——”隔开。举例：

外螺纹：M20—5g6g—S

内螺纹：M20×1.5LH—6H

内外螺纹配合时：M20×2—6H/5g6g—S螺纹公称直径：除管螺纹以通管的内径（英寸单位）为公称直径外，其他螺纹的公称直径，均以外螺纹的大径为公称直径（公制单位）

普通螺纹的标注例1：M40×Ph14×P7(twostarts)LH-5g6g-s螺距P=7um,导程=14线数=2左旋中径公差带代号顶径公差带代号短旋合长度普通螺纹大径d＝40mm外螺纹提醒：螺纹公差带代号与尺寸公差带代号相反！公差带代号5g?标准规定，在下列情况下，最常用的中等公差精度的螺纹可以不标注公差带代号：1公称直径D<=1.4mm的5H、D>=1.6mm的6H和螺距P=0.2mm公差等级为4级的内螺纹；2公称直径d<=1.4mm的6h和d>=1.6mm的6g的外螺纹。五、螺纹测量1、综合测量用螺纹量规检验螺纹属于综合测量。在成批生产中，普通螺纹均采用综合量法。综合测量是根据前面介绍的螺纹中径合格性的准则（泰勒原则），使用螺纹量规（综合极限量规）进行测量。螺纹量规分为“通规”和“止规”，检验时，“通规”能顺利与工件旋合，“止规”不能旋合或不完全旋合，则螺纹为合格。反之，“通规”不能旋合，则说明螺母过小，螺栓过大，螺纹应返修。当“止规”能通过工件，则表示螺母过大，螺栓过小，螺纹是废品。塞规检验内螺纹D2maxD2minD1minDminD1max止端螺纹塞规通端螺纹塞规通端光滑塞规止端光滑塞规通端螺纹环规止端螺纹环规d2maxd2mind1maxdmaxdmin通端光滑卡规环规检验外螺纹

对大尺寸普通螺纹、精密螺纹和传动螺纹，除了可旋合性和联接可靠以外，还有其它精度和功能要求，生产中一般都采用单项测量。单项测量螺纹的方法很多，最典型的是用万能工具显微镜测量螺纹的中径、螺距和牙型半角。用工具显微镜将被测螺纹的牙型轮廓放大成像，按被测螺纹的影像，测量其螺距、牙型半角和中径，因此该法又称为影像法。在实际生产中，测量外螺纹中径多用三针量法该方法简单，测量精度高，应用广泛2.单项测量普通螺纹的单项测量1.三针法测量外螺纹单一中径2.用螺纹千分尺测量外螺纹中径例1、有一螺栓M24×2—6h，中径基本尺寸d2=22.701mm，测得其单一中径d2S=22.5mm，螺距累积误差△P=+35μm，牙型半角误差△α/2（左）=-30′，△α/2（右）=+65′，试判断其合格性。解：1）查表6-16，得：中径上偏差

es=0中径公差

Td2=170μm，

经计算可得外螺纹中径极限尺寸

d2max=22.701mm，

d2min=22.531mm，

2）计算螺距累积偏差和牙型半角误差的中径当量及作用中径为

fP=1.732×35μm=0.061mmfa=0.073×2×（3×︱-30︱+2×65）μm=0.032mmdm=22.5+0.061+0.032=22.593mm3）判断合格性

d2m=22.593mm＜d2max=22.701mm，

d2S=22.5mm＜d2min=22.531mm，

故该螺纹中径不合格。例2：已知一内螺纹中径的最大和最小极限尺寸分别为22.316mm和22.051mm，单一中径为22.051mm，且已知该螺纹存在一定的牙侧角偏差和螺距偏差，试问该螺纹是否合格，为什么？例3：有一M20x2-5g6g螺纹，中径基本尺寸为18.701mm，中径公差为0.125mm，中径基本偏差为-0.038mm。该螺纹加工后测得单一中径为18.55mm，螺距累积偏差为＋0.040mm，牙侧角偏差的中径当量为0.030mm。试述该螺纹的合格条件，确定作用中径并判断该螺纹合格与否？例4：某外螺纹M20x2-6h中径的基本尺寸为18.701mm，中径公差为0.16mm，若螺距累积偏差为＋0.05mm，牙侧角偏差的中径当量为0.044mm，试确定单一中径应加工在什么范围，该螺纹才能合格？圆柱齿轮的互换性概述

齿轮是许多机器和仪器上的主要零件，其精度在一定程度上影响着整台仪器的精度和质量。由于齿轮的齿形比较复杂，参数比较多，因而齿轮精度的评定就比较复杂。为了保证齿轮的精度和互换性，就需要给出齿轮公差和切齿前的齿坏的公差。

GB/T10095-2001《渐开线圆柱齿轮精度》：渐开线圆柱齿轮精度直齿外啮合

直齿内啮合

斜齿外啮合

人字外啮合传动比i=ω1/ω2=z2/z1ω1ω212主动轮1从动轮2ω1ω2齿轮传动的使用要求传递运动的准确性

传递运动的准确性就是要求齿轮在转一周范围内，传动比的变化要小，其最大转角误差应限制在一定范围内，以保证一对齿轮z1和z2啮合时，满足齿廓啮合基本定律I=n1/n2=z2/z1=常量。(b)主动轮理想、从动轮具有以一转为周期的误差(c)主动轮理想、从动轮具有以一齿为周期的误差(a)主、从动轮理想360°Oii360°O360°Oi360°Oi(d)主、从动轮的实际传动比360°Oii360°O360°Oi360°Oi传动的平稳性

齿轮任一瞬时传动比的变化，将会使从动轮转速在不断变化，从而产生瞬时加速度和惯性冲击力，引起齿轮传动中的冲击、振动和噪声。传动的平稳性就是要求齿轮在一转范围内，多次重复的瞬时传动比要小，一齿转角内的最大转角误差要限制在一定范围内。千分表、机床变速箱等对传动平稳性的要求较高。(b)主动轮理想、从动轮具有以一转为周期的误差(c)主动轮理想、从动轮具有以一齿为周期的误差(a)主、从动轮理想360°Oii360°O360°Oi360°Oi(d)主