第六章滚动轴承的公差与配合

1、第6章 滚动轴承与孔、轴配合的互换性,基本要求： 1、了解滚动轴承的结构、滚动轴承的公差及配合、负荷类型等基本概念； 2、掌握滚动轴承的精度设计的基本方法，合理确定滚动轴承的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度参数值。 重点难点： 滚动轴承与孔、轴结合时配合的选用,轴承,轴承是一种专业化生产的高精度标准化部件，主要用于支承旋转的轴，可以减少运动副之间的摩擦、磨损，提高传动效率。 滚动轴承具有摩擦系数小，润滑简便、易于更换等许多优点，因而，在机械制造中作为转动支承得到广泛应用。,6.1 滚动轴承的组成、分类及代号,1滚动轴承的组成： 滚动轴承一般由套圈（分外圈、内圈）、滚动体（滚子或钢球等）和保持架组

2、成。 滚动轴承的外径D、内径d是配合尺寸，分别与外壳孔和轴颈相配合。滚动轴承与外壳孔及轴颈的配合属于光滑圆柱体配合，其互换性为完全互换（外互换）；而内、外圈滚道与滚动体的装配一般采用分组装配，其互换性为不完全互换（内互换） 。,对轴承的要求,为保证轴承的工作性能，必须满足两项要求： 1、必要的旋转精度：内、外圈的径向圆跳动和端面的端面圆跳动误差应控制在允许的范围内； 2、合适的游隙：包括径向游隙和轴向游隙。,2. 滚动轴承的分类： （1）按所承受负荷的方向，分为： 向心轴承 =0 其中为接触角 向心类 向心角接触轴承 0 45 推力轴承 =90 推力类 推力角接触轴承 45 90 ,（2）按滚

3、动体结构，分为： 球轴承和滚子轴承。滚子轴承包括圆锥滚子轴承、滚针轴承等 （3）按轴承的列数，分为： 单列、双列、三列、四列、多列轴承。 （4）按工作中能否自动调整轴和孔的角度偏差，分为： 调心轴承、非调心轴承 （5）按内外径尺寸大小，分为： 特大型轴承（外径800mm）； 大型轴承（180外径800mm）； 中型轴承（80外径180mm）； 小型轴承（内径10mm ，外径80mm）； 微型轴承（外径 9mm）； 按上述分类，轴承类型可以描述为：单列向心球轴承、圆锥滚子轴承、双列角接触球轴承 、推力调心滚子轴承、推力球轴承 、双列圆柱滚子轴承等。,滚动轴承类型举例,a) 向心轴承 b) 圆锥滚

4、子轴承 c) 角接触球轴承 d) 推力轴承,3. 滚动轴承的代号（按GB/T 272-93）,轴承代号由前置代号，基本代号，和补充代号组成。,（1）滚动轴承的基本代号（滚针轴承除外）,基本代号用来表明轴承类型、宽度系列、直径系列和内径，一般如表所示为5位数。 类型代号 基本代号从左至右第一位数，占一位数位。滚动轴承类型代号用数字或大写的拉丁字母表示。,1）类型代号,2）尺寸系列代号,基本代号第二、三位数，占二位数,3) 内径代号,基本代号第四、五位数，占二位数位。内径代号是代表轴承的轴承内径。,例如,有调心滚子轴承基本代号23224，位数从左向右是这样表示的：2代表轴承类型，为调心滚子轴承；3

5、2代表尺寸系列，宽度系列是3，而直径系列是2；24代表内径代号d=120mm。,（2）滚动轴承的前置、后置代号,(3) 滚动轴承代号示例 1) 6 2 0 9 从左向右：6深沟球轴承；2尺寸系列是0 2，宽度系列为0省略，直径系列为2；0 9内径d=45mm。 2) 7 3 1 0 C / P4 从左向右：7角接触球轴承；3尺寸系列是0 3，宽度系列为0省略，直径系列为3；1 0内径d=50mm；C接触角=15；/ P4公差等级为4级。 3) N 2 2 0 6 / P4 3 从左向右：N圆柱滚子轴承；2 2尺寸系列，宽度系列和直径系列均为2；0 6内径d=30mm；/ P4公差等级为4级；3

6、游隙3组。,4. 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 外圈与外壳孔为基轴制过盈配合； 内圈随轴一起旋转 内圈与轴为基孔制过盈配合。 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。,5有关滚动轴承的国标规定： 滚动轴承的国家标准(GB/T 307.3-1996)不仅规定了滚动轴承本身的尺寸精度、旋转精度（跳动公差等）、测量方法，还规定可与滚动轴承相配的箱体孔和轴颈的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。,6.2.1 滚动轴承的公差等级 根据国家标准GB/T 307.3-1996的规定，向心滚动轴承按其尺寸精度和旋转

7、精度分为五个公差等级，用0，6，5，4，2表示。精度依次提高，0级公差轴承精度最低，2级公差精度最高 。 圆锥滚子轴承的公差等级分为4，5，6x，0。 6x级轴承与6级轴承的内径公差、外径公差和径向跳动公差均分别相同，仅前者装配宽度要求较为严格。 推力轴承的公差等级分为0，6，5，4四级。 滚动轴承的公差等级,6.2 滚动轴承的公差等级及其应用,滚动轴承的外形尺寸精度是指： 轴承内径（d）、外径（D）和宽度（B）的精度等级。,滚动轴承的旋转精度是指： （1）成套轴承内圈的径向跳动公差Kia； （2）成套轴承外圈的径向跳动公差Kea； （以上适用于所有公差等级） （3）成套轴承内圈端面对滚道的跳

8、动Sia ； （4）内圈基准端面对内孔的跳动Sd； （5）外径表面母线对基准端面的倾斜度变动量SD； （6）外径表面母线对凸缘背面的倾斜度变动量SD1 ； （7）成套轴承外圈端面对滚道的跳动Sea ； （8）成套轴承凸缘背面对滚道的跳动Sea1 。 （以上适用于5，4，2级） 对于6级和0级向心球轴承，标准仅规定了成套轴承内圈和外圈的径向跳动公差Kia和Kea 。,表6-9 向心轴承内圈公差（摘自GB/T 307.3-1996）,表6-10 向心轴承外圈公差（摘自GB/T 307.3-1996）,6.2.2 各公差等级的滚动轴承的应用,1. 轴承精度等级选择的主要依据： （1）对轴承部件提出旋

9、转精度要求，旋转精度越高，轴承精度等级应该越高； （2）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。,2. 滚动轴承各级精度的应用大致为： （1）0级（普通级）轴承在机械中应用最广。它主要用于旋转精度要求不高的机构。例如，普通机床中的变速箱和进给箱，汽车、拖拉机的变速箱，普通电机、水泵、压缩机和汽轮机中的旋转机构等。 （2）6级（高级），5，4级（精密级）轴承应用于转速较高和旋转精度要求也较高的机械，如机床主轴、精密仪器和机械中使用的轴承。 （3）2级（超精级）轴承用于旋转精度和转速很高的

10、机械，如坐标镗床主轴、高精度仪器和各种高精度磨床主轴所用的轴承。,6.3.1 滚动轴承内径、外径公差的规定 向心或向心推力轴承内圈和外圈都是薄壁件，在制造过程中或在自由状态下都容易变形；而当轴承内圈与轴径、外圈与轴承孔装配后，又容易使这种变形得到纠正。根据这种特点，滚动轴承标准（GB/T 307.1-94）不仅规定了两种尺寸公差带，还规定了两种形状公差，目的是控制轴承与轴颈、轴承孔的配合精度和轴承变形程度。,6.3 滚动轴承内径、外径的公差带及其特点,两种公差带,加工 实际直径 单一内径（外径） ds (Ds) 相应公差带 查表 单一内径：在单一径向平面内用两点法测量的直径。 装配 平均直径

11、单一平面平均内径（外径） dmp，Dmp 相应公差带 查表 Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2 dmp=（dsmax+dsmin）/2 滚动轴承的各项尺寸及其公差的专门符号： d 是指轴承公称内径；D是指轴承公称外径。,滚动轴承单一内径和单一平面平均内径及其公差带,单一平面平均内径dmp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,1. 两种极限偏差： （1）内、外径尺寸的最大值和最小值所允许的偏差，即单一内径ds与单一外径Ds的极限偏差ds、Ds，其目的是为了限制变形量； Ds=Ds-D ds=ds-d （2）内、外径实际尺寸的最大值和最小值的平均值偏差，即单一平面平均内

12、径dmp与单一平面平均外径Dmp的极限偏差dmp、Dmp，目的是控制轴承的配合精度。 Dmp=Dmp-D dmp=dmp-d 式中 Dsmax、Dsmin加工后测得的最大、最小单一外径。 dsmax、dsmin加工后测得的最大、最小单一内径。,2. 两种形状误差： （1）规定了轴承单一径向平面内，内径ds与外径Ds的变动量Vdp 、VDp ，限制制造时的圆度误差； Vdp= dsmax - dsmin VDp= Dsmax - Dsmin （2）规定了轴承平均内径与平均外径的变动量Vdmp 、VDmp ，限制装配时的圆柱度误差。 Vdmp= dmpmaxdmpmin VDmp= DmpmaxD

13、mpmin 凡合格的滚动轴承，应同时满足所规定的两种公差的要求。计算滚动轴承与孔、轴结合的间隙或过盈时，应以平均尺寸为准。,例 有深沟球轴承6208/P4，即是个4级精度的02尺寸系列向心轴承，公称内径d=40mm，试根据检测结果确定轴承内径尺寸是否合格？,解：从表6-9中查得内径的尺寸公差及形状公差为： (1)尺寸公差 1)单一内孔直径偏差：上偏差=0，下偏差= -6。即dsmax=40mm，dsmin=39.994mm。 2)单一平面平均内径偏差：上偏差=0，下偏差= -6。即dmpmax=40mm，dmpmin=39.994mm。 (2)形状公差 1)制造时的圆度公差： Vdp=0.00

14、5mm。 2)装配时的圆柱度公差：Vdmp=0.003mm。,轴承内径尺寸计算结果,测得轴承的内径尺寸和计算结果如下,dmp=,dmp=,6.3.2 滚动轴承平均直径（ dmp 、Dmp ）公差带的特点 1. 特点 滚动轴承是标准部件，所以，滚动轴承外圈和轴承孔的配合，采用基轴制，外圈的单一平面平均外径为配合中的基准轴；内圈与轴颈的配合采用基孔制，内圈的单一平面平均内径为配合中的基准孔。 它们的公差带分布如下：,轴承内、外径公差带的特点：所有公差带都单向偏置在零线下方，即上偏差为0，下偏差为负值。 虽然轴承内圈与轴的配合是基孔制，但滚动轴承内圈所有公差等级的公差带都在零线的下方且上偏差为零。

15、其主要原因是轴承配合的特殊要求。在大多数情况下，轴承内圈与轴一起旋转，两者之间的配合必须有一定的过盈（但过盈量不能太大）。为防止内圈和轴颈的配合相对滑动而产生磨损，影响轴承的工作性能，因此国标GB307.1-84规定：内圈基准孔公差带位于以公称内径d为零线的下方。即上偏差为零，下偏差为负值。,轴承外圈安装在外壳孔中，通常不旋转，考虑到工作时温度升高会使轴膨胀，两端轴承中有一端应是游动支承，可把外圈与外壳孔的配合稍松一点，使之能补偿轴的热胀伸长量，不然轴弯曲，轴承内部就有可能卡死。因此国标GB307.1-94规定：轴承外圈的公差带位于公称尺寸D为零线的下方。它与具有基本偏差h的公差带相类似，但公

16、差值不同。,孔轴配合特点,轴承内圈与轴的配合采用基孔制；轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。并且规定轴承内圈基准孔的公差带Tdmp分布于公称内径以下，单一平面平均内径dmp的公差带的上偏差为零。这样就使轴承内圈与轴g5，g6，h5，h6的配合，要比基孔制的同名配合要紧一些。这些配合实际上已变为过渡配合；而内圈与k5，k6，m5，m6的配合实际上变为过盈配合。这样的安排既满足了轴承内孔与轴的配合要求，又可按标准偏差来选用轴的公差带。,外圈,由于轴承外圈安装在轴承座中，通常不旋转，可把外圈与轴承座孔的配合选得松一点，使之能补偿轴的热变形，否则轴会弯曲，轴承内部有可能卡死。所以标准规定轴承外圈基准公

17、差带TDmp分布于公称外径零线以下，单一平面平均外径Dmp的公差带的上偏差为零，这样轴承外圈与轴承座的配合与基轴制的同名配合基本上保持相似的配合性质。,内圈,在多数情况下，内圈随轴一起旋转，而外圈是固定在轴承孔中。所以，一要保证轴与内圈结合牢固，不能松动，以保证力由轴、内圈、滚动体传至外圈，再传至壳体；二要保证外圈滚道磨损均匀，同时外圈能补偿热变形，因此，外圈应能在一定的程度上移动。轴承的周向移动可保证外圈滚道磨损均匀；而轴承的轴向移动可补偿热变形。,2. 与滚动轴承配合的轴、孔的公差带,(1)适用范围 标准规定的外壳孔和轴颈的公差带适用范围为： 1)对轴承的旋转精度和运转平稳性无特殊要求。

18、2)轴为实体或厚壁空心的。 3)轴与外壳的材料为钢或铸铁。 4)轴承的工作温度不超过100C的场合。,(2)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已经确定，因此轴承在使用时，它与轴颈和轴承孔的配合面间所需要的配合性质要由轴颈和轴承孔的公差带确定。,GB/T 275-93滚动轴承与轴和外壳的配合规定了轴承与外壳孔配合的常用公差带:,GB/T 275-93滚动轴承与轴和外壳的配合还规定了轴承与轴颈配合的常用公差带。,结束,P252 作业题 1，2，3,滚动轴承与孔、轴结合时配合的选用：确定与轴承相配合的轴颈和轴承座的基本偏差代号、确定孔、轴的形状公差和表面粗糙度参数值。 6.4

19、.1 滚动轴承与轴颈、外壳孔配合的选用依据 选择轴承配合性质的依据是：轴承内外圈所受的负荷类型、轴承所受负荷大小、轴承的工作条件、与轴承相配合的孔和轴的结构和材料和安装要求等。 1、负荷类型 作用在滚动轴承上的径向负荷，一般是由定向负荷（如皮带的拉力或齿轮的作用力）和旋转负荷（如机件的离心力）合成的。,6.4 滚动轴承与孔、轴结合时配合的选用,首先分析轴承受力情况,第一，作用在轴承上的合成径向负荷为一定值向量P0，该向量与该轴承的外圈或内圈相对静止，其示意图见图6-5(a)；第二，作用在轴承上的是离心力向量P1，该向量与轴承的内圈或外圈一起旋转，也可保持相对静止，如图6-5(b)所示；第三，是

20、由一个与轴承某套圈相对静止的定值向量P0和一个较小的向对旋转的定值向量P1合成的受力状况，如图6-5(c)所示；第四，定值向量P0和一个较大的向对旋转的定值向量P1合成，即P0 P1。由于第四种受力状况与第三种受力状况相近，所以只考虑前三种受力情况。,受力情况,局部负载（或定向负荷）：这种情况是套圈相对于负荷方向静止（这里套圈一定要区别出内、外圈）。作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对静止，即负载方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。 循环负载（或旋转负荷）：这种情况是套圈相对于负荷方向旋转。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的整个圆周上。 摆动负载：这

21、种情况是套圈相对于负荷方向摆动。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，即合成径向负载经常变动地作用在套圈滚道的小于180的部分圆周上。此时静止的套圈承受摆动负荷，而旋转套圈则仍承受循环负荷。,负荷可以分为：,负荷的判断,一般来说，套圈受局部负荷或者是定向负荷，配合一般应选得松些，甚至可有不大的间隙，以便在滚动体摩擦力矩的作用下，使套圈产生少许转动，从而改变受力状态使滚道磨损均匀，延长轴承的使用寿命。选过渡配合或极小间隙配合。 当套圈受旋转负荷，配合一般应选得紧些，以防止套圈在轴颈上和外壳孔的配合表面上打滑，引起配合表面发热、磨损。选用过盈量较小的过盈配合，或过盈可能性较

22、大的过渡配合。 当套圈受摆动负荷时，套圈配合的松紧程度应介于局部负荷和循环负荷的配合之间。或者说与受旋转负荷的配合相同或稍松些。,负荷类型示例,配合的选择,2.负荷的大小：,轴承在负荷的作用下，套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。因此，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： 轻负载： P0.07C 正常负载：0.07CP0.15C 重负载： P0.15C 其中： P轴承的径向当量动负荷； C轴承的径向额定动负荷，指轴承基本额定寿命为106转时所能承受的载荷值，数据可以从有关手册中查得。,载荷情况,径向当量动负荷P是在轴承支承的组合设计中，按合成径向力作用在

23、轴承上计算出来的。如图所示。一般来说，把轴承的实际载荷转换为与确定基本额定动载荷条件相一致的动载荷，即径向当量动负荷P，在这一载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等。,3.轴承的工作条件 (1)工作温度：,内圈因热膨胀而与轴的配合可能松动; 外圈因热膨胀而与轴承孔的配合可能变紧。 选择配合时应考虑温度的影响并加以修正。温度升高，（大于60 ）内圈选紧，外圈选松。这里所说的紧和松是相对于国家标准规定的推荐公差带而言。 (2)旋转精度和旋转速度： 旋转精度要求高时，选用较高精度等级的轴承；与轴承相配合的轴和壳体孔，也要选择较高精度的标准公差等级。为了消除弹性变形和振动的影响，套圈与互配件

24、的配合应紧一些。 旋转速度越高，配合应越紧。,4.轴和外壳孔的结构与材料 （1）剖分式外壳结构应比整体式结构选较松的配合，避免夹扁外圈； （2）薄壁外壳、轻质合金外壳或空心轴选较紧的配合，以保证有足够的连接强度； （3）重型机械的轴承选较松的配合，便于拆卸； （4）滚子轴承的配合比球轴承紧些； （5）长轴结构，需要轴向游动时选较松的配合。,5.安装与拆卸轴承的条件,为轴承的安装与拆卸方便，对重型机械用的大型或特大型的轴承，宜采用较松的配合。如要求装卸方便，而又需紧配时，可采用分离型轴承、或内圈带锥孔、带紧定套和退卸套的轴承。 综上所述，影响滚动轴承配合选用的因素很多，通常难以用计算法确定，所以

25、在实际设计时常采用类比法。,6.4.2 轴颈和外壳孔的几何精度的确定,1.孔、轴尺寸公差带的选用 对轴承的旋转精度和运动平稳性无特殊要求，轴承游隙为0组游隙，轴为实心或厚壁空心的钢制轴，外壳（箱体）为铸钢件或铸铁件，轴承的工作温度不超过100C时，确定轴颈和外壳孔的公差带可参考国标，按照国标所列条件，进行选择。 2.孔、轴形位公差带的选用（参考表6-18） 形状公差：主要是轴颈和外壳孔的表面圆柱度公差。 位置公差：主要是轴肩和孔肩的端面圆跳动公差。,3.孔、轴配合面的表面粗糙度的选用 表面粗糙度值的高低直接影响着配合质量和连接强度，使有效过盈量减小，使接触刚度下降而导致支承不良，因此凡是与轴承内、外圈配合的表面通常都对其表面粗糙度提出较高的要求。 参考表6-19。,4.滚动轴承的标注 在装配图上标注滚动轴承与轴和外壳孔的配合时，只需标注轴和外壳孔的公差带代号。下图即为滚动轴承与轴、外壳孔在装配图上的标注，以及轴颈、外壳孔零件图的标注示例。,与轴承结合件的标注,例6-2,一台轻型车床，主轴后支承采用单列向心球轴承6208，内径d=40mm，外径D=80mm，轴