《互换性与技术测量基础》课件06滚动轴承的公差与配合

项目6滚动轴承的精度设计与检测通过本项目的学习，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、轴颈配合的选择及几何公差和表面粗糙度的选择。教学导读1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。滚动轴承和轴承座孔及轴颈的配合选择。学生需掌握知识点2重

点

和

难

点3第一部分

理论基础知识9.1滚动轴承概述

滚动轴承是一种支承传动轴具有互换性的标准件，为了保证滚动轴承与外部件的配合，国家制定了相关标准：GB/T275—1993《滚动轴承与轴和外壳的配合》、GB/T307.1—2005《滚动轴承向心轴承公差》等。

9.1滚动轴承概述

滚动轴承是一种支承传动轴具有互换性的标准件，为了保证滚动轴承与外部件的配合，国家制定了相关标准：GB/T275—1993《滚动轴承与轴和外壳的配合》、GB/T307.1—2005《滚动轴承向心轴承公差》等。

9.1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。

（a)滚动轴承(b)滑动轴承图9-1轴承类型6.1概述6.2.1概述9.1.1滚动轴承的结构

滚动轴承是机械制造业中应用极为广泛的一种标准部件，其基本结构如图所示，一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。公称内径为d的轴承内圈与轴颈配合，公称外径为D的轴承外圈与外壳孔配合，属于典型的光滑圆柱连接。滚动轴承9.1滚动轴承概述图9-2滚动轴承的结构9.1滚动轴承概述9.1.2滚动轴承的分类按承受载荷的方向分类，滚动轴承可分为推力球轴承（承受轴向载荷）、深沟球轴承(承受径向载荷的向心轴承）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。

9.1滚动轴承概述

（a）深沟球轴承（b）推力球轴承（c）角接触球轴承图9-3滚动轴承的类型（按承受载荷的方向不同分类）9.1滚动轴承概述6.1概述6.2.1概述9.2.1滚动轴承的公差等级及其应用滚动轴承的公差等级1

滚动轴承的精度是按其外形尺寸公差和旋转精度分级的。

外形尺寸公差是指成套轴承的内径、外径和宽度尺寸公差；旋转精度主要指轴承内、外圈的径向跳动，端面对滚道的跳动和端面对内孔的跳动等。

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。根据GB/T307.3－2017《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。9.2滚动轴承的精度设计轴承精度等级的选用2

(1)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。

(2)6（或6x）级（中等精度级）轴承应用于旋转精度和转速较高的旋转机构中，如普通机床的主轴轴承、精密机床传动轴使用的轴承。

(3)5级、4级（较高级、高级）轴承应用于旋转精度高和转速高的旋转机构中，如精密机床的主轴轴承、精密仪器和机械使用的轴承。

(4)2级（精密级）轴承应用于旋转精度和转速很高的旋转机构中，如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。9.2滚动轴承的精度设计6.1概述6.2.1概述9.2.2滚动轴承和轴承座孔、轴颈结合的公差与配合基准制1）

为了组织专业化生产，便于互换，轴承内圈内径与轴采用基孔制配合，外圈外径与外壳孔采用基轴制配合。国家标准GB/T4199-2003《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。9.2滚动轴承的精度设计1.滚动轴承内径、外径公差带及特点6.1概述6.2.1概述1.滚动轴承内径、外径公差带及特点公差带2）

国家标准中规定，轴承外圈外径和内径的单一平面平均直径Dmp（或dmp）的公差带的上极限偏差为零，如图所示。图9-5滚动轴承内、外径公差带9.2滚动轴承的精度设计6.1概述6.2.1概述1.滚动轴承内径、外径公差带及特点特点3）

将轴承内径公差带偏置在零线下侧，即上极限偏差为零，下极限偏差为负值。当其与GB/T1800.1—2009中的任何基本偏差组成配合时，其配合性质将有不同程度的变紧，以满足轴承配合的需要。轴承内圈内径单一平面平均直径dmp公差带的上极限偏差也为零与一般基准孔的公差带分布位置相反，数值也不同。9.2滚动轴承的精度设计6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合6.2.1概述2.轴颈和外壳孔的公差带

GB/T275—2015对与0级和6级轴承配合的轴颈公差带规定了17种，对外壳孔的公差带规定了16种，如图所示。轴承与轴和外壳孔的配合9.2滚动轴承的精度设计

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。9.2滚动轴承的精度设计6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择载荷类型1（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。如图9-8所示。9.2滚动轴承的精度设计(a)内圈：循环载荷(b)内圈：局部载荷(c)内圈：循环载荷(d)内圈：摆动载荷

外圈：局部载荷

外圈：循环载荷

外圈：摆动载荷

外圈：循环载荷

图9-8滚动轴承套圈承受的载荷类型

6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择载荷类型1（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。如图9-8所示。9.2滚动轴承的精度设计(a)内圈：循环载荷(b)内圈：局部载荷(c)内圈：循环载荷(d)内圈：摆动载荷

外圈：局部载荷

外圈：循环载荷

外圈：摆动载荷

外圈：循环载荷

图9-8滚动轴承套圈承受的载荷类型

6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择载荷类型1（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所示。9.2滚动轴承的精度设计(a)内圈：循环载荷(b)内圈：局部载荷(c)内圈：循环载荷(d)内圈：摆动载荷

外圈：局部载荷

外圈：循环载荷

外圈：摆动载荷

外圈：循环载荷

图9-8滚动轴承套圈承受的载荷类型

6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合载荷的大小2

负荷的大小可用当量径向动负荷Fr与轴承的额定动负荷Cr的比值来区分，一般规定：当Fr≤0.07Cr时,为轻负荷;当0.07Cr＜Fr≤0.15Cr时,为正常负荷;当Fr＞0.15Cr时，为重负荷。选择滚动轴承与轴和外壳孔的配合与负荷大小有关。负荷越大，过盈量应选得越大，因为在重负荷作用下，轴承套圈容易变形，使配合面受力不均匀，引起配合松动。因此，承受轻负荷、正常负荷、重负荷的轴承与轴颈和外壳孔的配合应依次越来越紧一些。6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择9.2滚动轴承的精度设计6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合径向游隙3

按GB/T4604.1—2012《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，致使轴承寿命降低。6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择9.2滚动轴承的精度设计6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合工作温度4

工作温度的影响，滚动轴承一般在低于100℃的温度下工作。如在高温下工作，其配合应予以调整。一般情况下，轴承的旋转精度越高，旋转速度越高，则应选择越紧的配合。滚动轴承与轴和外壳孔配合的选择是综合上述诸因素用类比法进行的。9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择6.2滚动轴承与轴和外壳孔的配合其他因素5（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。（3）旋转精度及速度。（4）轴颈与外壳孔的结构和材料。（5）轴承的安装与拆卸。9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.3滚动轴承和座孔、轴颈结合的配合选择

与滚动轴承配合的外壳孔和轴颈的精度包括它们的尺寸公差带、几何公差和表面粗糙度参数值。1.轴颈和外壳孔公差带的确定与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的标准公差等级应与轴承的公差等级协调：与0级、6级轴承配合的轴颈的尺寸公差等级一般选IT6，外壳孔的尺寸公差等级一般选IT7；对旋转精度和运转平稳性有较高要求的场合，轴颈的尺寸公差等级一般选IT5，外壳孔的尺寸公差等级一般选IT6。9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.4滚动轴承和轴颈、外壳孔结合的精度设计2.轴颈和外壳孔几何公差与表面粗糙度的选择轴颈和外壳孔的公差带确定后，为保证轴承的工作性能，还应对它们分别规定几何公差和表面粗糙度参数值，可参照表9-8和表9-9选取。1）轴颈和外壳孔的几何公差为了保证轴承与轴颈、外壳孔的配合性质，轴颈和外壳孔应分别采用包容要求和最大实体要求的零几何公差。对于轴颈，在采用包容要求的同时，为了保证同一根轴上两个轴颈的同轴度精度，还应规定这两个轴颈的轴线分别对它们的公共轴线的同轴度公差。9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.4滚动轴承和轴颈、外壳孔结合的精度设计9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.4滚动轴承和轴颈、外壳孔结合的精度设计2）轴颈和外壳孔的表面粗糙度轴颈和外壳孔的表面粗糙度会直接影响配合的性质和连接的可靠性。因此，与滚动轴承内、外圈配合的表面都有较高的表面粗糙度要求，轴承配合表面和端面的表面粗糙度参考表9-9选取。轴或轴承座孔直径/mm轴或轴承座孔配合表面直径公差等级IT7IT6IT5表面粗糙度Ra/μm>≤磨车磨车磨车—801.63.20.81.60.40.8805001.63.21.63.20.81.650012503.26.31.63.21.63.2端面3.26.36.36.36.33.2表9-9轴颈和外壳孔及端面的表面粗糙度参数值（摘自GB/T275—2015）9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.4滚动轴承和轴颈、外壳孔结合的精度设计3.轴颈和外壳孔的标注（1）滚动轴承在装配图上的标注，如图9-10所示。（2）轴颈和外壳孔在零件图上的标注，如图9-11所示。图9-10滚动轴承在装配图上的标注

（a）轴颈标注示例

（b）外壳孔标注示例图9-11轴颈和外壳孔在零件图上的标注9.2滚动轴承的精度设计滚动轴承与轴、外壳孔的配合标注由于滚动轴承结合面的公差带是特别规定的，因此，在装配图上对轴承的配合，仅标注轴及外壳孔的公差代号。轴颈和外壳孔公差在图样上的标注示例9.2滚动轴承的精度设计9.2滚动轴承的精度设计6.2.1概述9.2.5轴承轴颈和轴承座孔的精度设计示例例9-1CA6140A机床主轴箱的Ⅰ轴转速为819r/min，使用的轴承为深沟球轴承6111，査手册确定轴承内径d、外径D、宽度B的数值，说明轴承型号6111中各数字代表的含义。确定轴和轴承座孔的公差代号及尺寸的极限偏差、几何公差值和表面粗糙度参数值，并标注在零件图上。解：（1）确定轴承公差等级。因轴的转速不高，旋转精度、运动平稳性要求不高，Ⅰ轴属于一般机械，属于轻载荷类型，选用0级轴承。（2）选取轴颈和外壳孔公差带。根据工作条件，轴承承受定向载荷的作用，轴承内圈和轴一起旋转，外圈安装在主轴箱壳体中不旋转，内圈相对于载荷方向旋转，它与轴颈的配合应较紧，外圈相对于载荷方向静止与轴承座孔的配合应较松。依据轴承的工作条件从表9-4中选取轴的公差带为Φ55j6，基孔制配合，从表9-5中选取轴承座孔的公差带为Φ90G7,基轴制配合。（3）查手册确定轴承相关尺寸参数。①査轴承手册表得该轴承内径d为55mm，外径D为90mm，宽度B为18为mm。②6111中各数字代表的含义分别是：6代表深沟球轴承，1代表宽度，11代表内径，公称内径用除以5的商数表示，所以11mm×5=55mm。（4）选取轴颈和外壳孔几何公差值。按表9-8选取几何公差值，轴颈的圆柱度公差值为0.005mm，轴肩轴向圆跳动公差值为0.015mm，轴承座孔的圆柱度公差值为0.01mm，轴承座孔肩轴向圆跳动公差值为0.025mm。（5）选取轴和轴承座孔的表面粗糙度参数值。按表9-9选取：①轴颈Ra值：IT6，磨，Ra0.8μm；车，Ra1.6μm。9.2滚动轴承的精度设计（3）查手册确定轴承相关尺寸参数。①査轴承手册表得该轴承内径d为55mm，外径D为90mm，宽度B为18为mm。②6111中各数字代表的含义分别是：6代表深沟球轴承，1代表宽度，11代表内径，公称内径用除以5的商数表示，所以11mm×5=55mm。（4）选取轴颈和外壳孔几何公差值。按表9-8选取几何公差值，轴颈的圆柱度公差值为0.005mm，轴肩轴向圆跳动公差值为0.015mm，轴承座孔的圆柱度公差值为0.01mm，轴承座孔肩轴向圆跳动公差值为0.025mm。（5）选取轴和轴承座孔的表面粗糙度参数值。按表9-9选取：

①轴颈Ra值：IT6，磨，Ra0.8μm；车，Ra1.6μm。②轴肩端面Ra值：磨，Ra6.3μm；车，Ra6.3μm。③轴承座孔Ra值：IT7，磨，Ra1.6μm；车，Ra3.2μm（以磨为例）。④孔肩端面Ra值：磨，Ra3.2μm；车，Ra6.3μ