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1、互换性与技术测量,四川大学制造学院 朱鲁闯,第6章 滚动轴承的公差与配合,本章节主要内容,第6章 滚动轴承的公差与配合 6.1概述-滚动轴承互换性的特点 6.2滚动轴承的公差等级 6.3滚动轴承内径与外径的公差带及其特点 6.4滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择 6.4.1 轴和壳体孔的尺寸公差带 6.4.2 轴承配合的选择,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,学 习 指 导,本章学习目的是掌握滚动轴承的公差与配合标准，为合理选用滚动轴承的配合打下基础。学习要求是根据滚动轴承作为标准件的特点，理解滚动轴承内圈与轴颈采用基孔制配合、外圈与外壳孔采用基轴制配合的依据。根据滚动轴承的使用
2、要求理解滚动轴承旋转精度和游隙的概念。了解滚动轴承的公差等级由轴承的尺寸公差和旋转精度决定。掌握滚动轴承公差等级的划分，了解各个公差等级的滚动轴承的应用。掌握滚动轴承内、外圈公差带的特点。了解与滚动轴承配合的轴颈及外壳孔的常用公差带。初步掌握如何选用滚动轴承与轴颈及外壳孔的配合。学会轴颈及外壳孔形位公差与表面粗糙度高度参数及其数值的选用。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.1 概述,滚动轴承是机器上广泛应用的一种作为传动支承的标准化部件。由专业工厂生产。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,作为一种传动支承部件，它既可用于支承旋转的轴，又可减少轴与支承部件之间的摩
3、擦力，广泛地用于机械传动中。滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架（隔离圈）组成。滚动轴承的内径d和外径D是配合的公称尺寸。,6.1 概述,轴承分类滑动轴承（铜轴瓦）滚动轴承：按滚动体结构：球形、圆柱、圆锥、鼓形、针形按承受载荷形式：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承向心轴承（径向轴承）：主要承受径向负荷，较高转速向心推力轴承：同时承受径向负荷和较大轴向负荷推力轴承:只承受轴向负荷，不能承受径向负荷，由于高速离心力作用，故不宜支承高速轴。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,滚动轴承分类图例,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,a)向心轴承 b)圆锥滚子轴承 c)角接触球轴
4、承 d)推力轴承,6.1 概述,滚动轴承安装形式：外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,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。,6.1 概述,滚动轴承内圈d与轴颈配合(基孔制)外圈D与外壳体孔径配合(基轴制)，采用完全互换；而滚子与滚道直径之间，因装配精度高，加工困难常用分组装配法为不完全互换，其工作性能取决于轴承本身的制造精度，与轴颈及壳体孔配合性质及其尺寸精度，形位公差和表面粗糙度等因素。滚动轴承的国家标准不
5、仅规定了滚动轴承本身的尺寸公差、旋转精度（跳动公差等）、测量方法（GB/T 307.1307.2-2005），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(GB/T 275-1993)。2005年制订了滚动轴承的公差与配合的新的国家标准GB/T 307-2005。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.1 概述,滚动轴承的精度由其尺寸精度和旋转精度决定。滚动轴承的基本尺寸精度为：轴承内、外径d,D制造精度轴承内、外圈宽度B、C制造精度圆锥滚柱轴承装配高T的精度等滚动轴承的旋转精度：成套轴承内、外圈径向跳动（Kia,Kea）成套轴承内、外圈轴向跳动（Sia,
6、Sea）内圈端面对内孔的垂直度（Sd）外圈外表面对端面的垂直度（SD）,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.1 概述,滚动轴承的结构特点:滚动轴承是一种标准件；有内外两种互换性；滚动轴承的精度要求很高。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.2 滚动轴承的公差等级,滚动轴承按其内外圈基本尺寸的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：老国标：G、E、D、C、B五个精度等级，精度由低至高（GB 307.3-1984)。新国标：普通级/P0、高级/P6（6x）、精密级/P5、超精密级/P4及最精密级/P2(GB/T 307.3-2005)。即0、6、5、
7、4、2五级。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。国标 GB/T 307.3-2005滚动轴承 通用技术规则：向心轴承公差等级分为0、6、5、4、2五级圆锥滚子轴承公差等级分为0、6x、5、4、2五级推力轴承的公差等级分为0、6、5、4四级,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.2 滚动轴承的公差等级,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.2 滚动轴承的公差等级,滚动轴承精度等级的选择：机器功能对轴承部件的旋转精度要求。一般这样选取：0级：用于旋转精度要求不高的一般机构中6、5、4级：用于旋转精度要求较高或转速较高的机构中2级：用于高精度、高转速的特
8、别精密部件上转速的高低：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。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,由于轴承内、外圈均为薄壁结构，精度要求高，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。为保证轴承的制造精度和轴承与结合件的配合性质，国标 GB/T 4199-2003滚动轴承公差定义对滚动轴承的尺寸精度和旋转精度提出了很多很高要求，特别是对尺寸精度规定了两种尺寸公差和两种形状公差。目的是控制轴承的变形程度，以及轴承
9、与轴和壳体孔配合的尺寸精度。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,尺寸精度定义：1.轴承单一内径和外径：ds与Ds 2.轴承单一内径和外径偏差：ds，Ds 3.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。dmp=（dsmax+dsmin）/2 dsmax、dsmin为加工后测得的最大、最小单一内径。4.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。Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2 Dsmax、Dsmin为加工后测得的最大、最小单一外径。
10、5.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dmp表示。6.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Dmp表示。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,两种尺寸公差：轴承单一内径与外径偏差（ds，Ds），用于控制同一轴承的单一内径、外径偏差。轴承单一平面平均内径与外径偏差（dmp，Dmp）。用于控制轴承与轴和外壳孔装配后的配合尺寸偏差。两种形状公差：轴承单一平面内径、外径变动量（Vds，VDs），用于控制轴承单一平面内径、外径圆度误差。轴承平均内径、外径变动量（Vdmp，VDmp），用
11、于控制轴承与轴和壳体孔装配后，在配合面上的圆柱度误差。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,B、C是滚动轴承内圈、外圈宽度的公称尺寸。轴承内圈、外圈单一宽度偏差（Bs，Cs），用于控制轴承内圈、外圈宽度的实际偏差轴承内圈、外圈宽度的变动量（VBs，VCs），用于控制轴承内圈、外圈宽度方向的形位误差滚动轴承的旋转精度：成套轴承内、外圈径向跳动（Kia,Kea）成套轴承内、外圈轴向跳动（Sia,Sea）内圈端面对内孔的垂直度（Sd）外圈外表面对端面的垂直度（SD）,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,部分向心轴承dmp和Dmp的极
12、限值,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,任何尺寸的公差带由两个因素决定：公差带的宽窄和公差带的位置。滚动轴承的公差带也不例外，其公差带如下图所示：,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,滚动轴承外圈D与外壳体孔径配合采用基轴制，外圈随外壳体一起固定不动因而外圈与轴承座为过盈配合；内圈d与轴颈配合采用基孔制，内圈随轴一起旋转内圈与轴也为过盈配合。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。基轴制：上偏差为0，下偏差为负；基孔制：上偏差为正，下偏
13、差为正。为什么基轴制和基孔制的公差带都单向偏置在零线下方？,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,基孔制配合动画,互换性与技术测量,基轴制配合动画,互换性与技术测量,基 轴 制,6.3 滚动轴承内径与外径的公差带及其特点,滚动轴承外圈与孔座按基轴制进行过盈配合，通常两者之间不要求太紧，故与一般圆柱体基轴制相同，上偏差为0，下偏差为负。由于轴承精度要求很高，其公差值相对略小一些。滚动轴承内圈与轴同步运转，为承受一点外力矩，并防止两者之间发生相对运动而导致结合面磨损，二者应为过盈配合，但内圈为薄壁件，易弹性变形，过盈量不宜过大（随时装换），如按一般基孔制将内孔公差带分布0线上侧，当用过盈
14、配合时，所得过盈量过大；改用过渡配合，又可能出现间隙，不能保证具有一定过盈，若采用非标准配合，又因是标准件而违反标准化与互换原则，为此滚动轴承国标将dmp公差带分布在零线下侧，此时当与一般过渡配合轴相配时，不但能保证获得不大的过盈，又不会出现间隙，从而满足了轴承内孔与轴配合的要求，同时又可按标准偏差加工轴。因此，标准规定：内圈与轴按基孔制进行过盈配合，但其公差带位置与其一般圆柱基孔制相反；上偏差为0，下偏差为负。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,滚动轴承轴承公差带标注示例：,已知轴承的基本尺寸如图所示。根据实际工况采用/P6级（相当于E级）向心轴承，试画出轴承孔轴公差带并标注有
15、关尺寸（查表）。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,国标GB 275-84-滚动轴承与轴和外壳的配合中规定了与滚动轴承内、外圈相配合的轴和壳体孔的尺寸公差带、形位公差、表面粗糙度以及配合选用的基本原则。（新标准：GB/T 275-1993）考虑配合制时，一般情况下，采用基孔制。但若为标准件，则与之相配合的零件的配合性质由标准件决定。就滚动轴承而言，由于是标准件，与外圈相配合的部分采用基轴制；与内圈相配合的轴采用基孔制。与内圈相配的轴以及与外圈相配孔的公差带可根据实际松紧程度不同的配合从GB 1801-1999-极限与配合 尺寸至500m
16、m孔、轴公差带与配合中选取。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.1 轴和壳体孔的尺寸公差带,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,内圈为基孔制，但由于其内径dmp公差带在零线以下，而国际标准中基孔制孔公差带在0线之上，所以同一轴公差带（如K5）与内圈形成配合比一般基孔制同名配合要紧得多（如H6/K5），一些过渡配合也变成过 盈配合，间隙配合变成过渡配合。外圈与壳体孔应为基轴制，Dm公差带位置也与基轴制相同，但dmp公差值是特殊规定的，所以同一孔公差带（如K7）与外圈形成配合与国标一般基轴制同名配合（如K7/h6）也不完全相同。国标GB 275-1993-滚动轴承与轴
17、和外壳的配合推荐了与各级滚动轴承相配合的轴和壳体孔的公差带。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.1 轴和壳体孔的尺寸公差带,滚动轴承与轴配合常用公差带,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,滚动轴承与壳体孔配合常用公差带,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,轴承外径公差,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,轴承配合性质的选择即是确定与轴承相配合的轴颈和轴承座的基本偏差代号。选择轴承配合性质的依据是：轴承内外圈所受的负载类型、轴承所受负载的大小、轴承的工作条件、与轴承相配合的孔和轴的材料和装卸要求等。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术
18、测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,1、负载类型：局部（定向）负载：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。通常采用小间隙配合或过渡配合。循环（旋转）负载：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。通常采用过盈或较紧的过渡配合。摆动负载：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。通常内、外圈都采用过盈配合。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选
19、择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,2、负载的大小：套圈与轴或壳体孔配合最小过盈取决于负荷的大小。轻负载：P0.07C（P为轴承径向负载）正常负载：0.07CP0.15C重负载：P0.15C其中：C为轴承额定负载，数据可从有关手册查找 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。所以受重负载时配合应紧些，受轻负载时配合应松些。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选
20、择,当滚动轴承内圈受循环负荷时，与轴最小过盈量可根据下列公式计算得到：其中：R轴承承受的最大径向负载（单位：KN）K与轴承系列有关的系数，轻系列 K=2.8，中系列 K=2.3 重系列 K=2；B内圈配合宽度(b=B-2r,B-轴承宽度，r-内圈倒角)（单位：m）,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,当滚动轴承内圈受循环负荷时，为避免套圈破裂，应按套圈许用应力计算最大过盈：其中：p允许的拉应力。（单位：105Pa）轴承钢的拉应力p400 105Pa K与轴承系列有关的系数，轻系列 K=2.8，中系列 K=2.3
21、 重系列 K=2；d轴承内圈内径。（单位：m）,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,3、轴承游隙：轴承游隙是指径向游隙。国标GB/T 4604-1993 滚动轴承径向游隙规定了径向游隙分为五组：第2组、基本组、第3组、第4组和第5组。游隙大小对轴承的影响较大，选用游隙要适度（如果游隙过大，不仅使轴发生轴向和径向跳动，还会使轴承产生振动和噪声；如果游隙过小，影响轴承寿命）。一般选用基本组游隙轴承，都可保证适度的游隙。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴
22、和壳体孔的配合及其选择,4、其它因素：负荷大，有较高旋转精度要求，消除弹性变形与振动应避免采用间隙配合；轻负荷精密要求：消除孔轴形状误差采用小间隙。滚动轴承尺寸愈大，配合应紧；空心轴、薄壁壳体、轻合金壳体比实心、厚壁、钢或铸铁孔配合要紧；剖分式壳体比整体要松，重型机械、配合应松，内圈或外圈沿轴向游走，配合较松，以免应力集中。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,5、工作温度：轴承旋转时，套圈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。滚动轴
23、承工作温度一般低于100C，在高温工作的轴承应将所选择的配合进行修正。6、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，应避免采用带间隙配合，但也不能太紧。轴承转速越高，应选用愈紧的配合。具体选用时参见相关手册。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,6.4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及其选择,7、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。位置公差：主要是轴肩端面的跳动
24、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。具体选择参见相应标准。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,6.4.2 轴承配合的选择,例题：公差带选择,例题：某旋转机构中用中系列E级向心球轴承308，内径d=40mm,B=23mm，圆角半径r=2.5mm。其承受最大径向负荷P=4000N，计算与轴颈配合的最小过盈，选择适当公差带。按表（旧6-5）6-6查公差带应为m5，根据dmp和E级的条件，由表6-2查出：ES=0，EI=-10m=-0.01(内圈孔公差带),第6章 滚动轴承的公差与配合,互换
25、性与技术测量,例题：公差带选择,由表1-10（P1415）查出40m ei=+0.009mm es=ei+IT5=9+11=20m=+0.02mm为此，该轴承内圈与轴颈相配合时：Ymin=Dmax dmin=0-(0.009)=-0.009mm Ymax=Dmin dmax=-0.01-(0.02)=-0.03mm按允许最大过盈（不使圈账破）,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,例题：公差带选择,可见：|Ymin|Ymin|，|Ymax|Ymax|，与内圈相配轴公差带可用m5。但上述计算安全程度较大，选择配合过紧，308轴承额定功载荷c=3200kg。实际负荷p=4000N408kg0.13c，(属正常负荷)，可以再松一点，由图6-6（新书6-3）可见，可选k5或k6。,第6章 滚动轴承的公差与配合,互换性与技术测量,
