滚动轴承与轴孔的配合

第十七章滚动轴承与轴、孔的配合第一节 滚动轴承精度等级及其应用一、滚动轴承的精度等级国标GB/T307.3 1996规定向心轴承（圆锥滚子轴承除外）精度分为0, 6, 5, 4, 2 （相当于GB/T307.3 1984规定G，E, D, C, B级）五级，精度依次升高，0 （G） 级精度最低，2 （B）级精度最高。国标 GB/T307.31996 规定圆锥滚子轴承精度分为 0, 6x, 5, 4四级；推力轴承 精度分为 0, 6, 5, 4 四级。二、滚动轴承精度等级的选用滚动轴承各级精度的应用情况如下：0 （G）级（通常称为普通级）一一用于低、中速及旋转精度要求不高的一般旋转 机构,它在机械中应用最广。例如普通机床变速箱、进给箱的轴承,汽车、拖拉机变 速箱的轴承,普通电动机、水泵、压缩机等旋转机构中的轴承等。6 （E）级用于转速较高、旋转精度要求较高的旋转机构。例如普通机床的主轴后轴承,精密机床变速箱的轴承等 o5 （D）级、4 （C）级用于高速、高旋转精度要求的机构。例如精密机床的主 轴轴承,精密仪器仪表的主要轴承等。2 （B）级用于转速很高、旋转精度要求也很高的机构。例如齿轮磨床、精密坐标镗床的主轴轴承,高精度仪器仪表的主要轴承等。第二节 滚动轴承内、外径的公差带滚动轴承的内圈、外圈都是薄壁零件,在制造和保管过程中容易变形,但当轴承 内圈与轴、外圈与外壳孔装配后,这种少量的变形会得到一定程度的矫正。田此,国 家标准对轴承内、外径分别规定了两种尺寸公差和两种形状公差。两种尺寸公差是：轴承单一内径（d ）与外径（D ）的偏差（Ad , AD ）；倉 ss轴承单一平面平均内径（ d ）与外径（ D ）的偏差（ Ad ，AD ）。mp mp mp mp两种形状公差是：轴承单一径向平面内，内径（d ）与外径（D ）的变动量ss（V , V ）；轴承平均内径（d ）与外径（D ）的变动量（V , V ）。dp Dpmpmpmdp mDp合格的滚动轴承，必须同时满足所规定的两种公差要求。表17.1列出了部分向心轴承Ad , AD 的极限值。 mp mp表171向心轴承Ad , AD 的极限值(摘自GB/T307.1 1994)6 (E)5 (D)4 (C)2(B)mp mp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18300-100-8060502.5圈30500-120-100-80-60-2.5外50800-130-110-90-70-4圈801200-150-130-100-80-5精度等级0(G)基本直径/mmAd, AD / 卩 mmpmp滚动轴承是标准部件，为了便于互换，轴承内圈与轴采用基孔制配合，外圈与孔 采用基轴制配合。标准中规定的轴承外圈单一平面平均直径 D 的公差带的上偏差为零，如图 17.1mp所示，与一般基轴制相同；单一平面平均内径 d 的公差带，其上偏差也为零(图mp17.1)，这和一般基孔制的规定不同。这主要考虑轴承配合的特殊需要。因为在多数情 况下轴承内圈随轴一起转动，二者之间配合必须有一定过盈，但过盈量又不宜过大， 以保证拆卸方便，防止内圈应力过大。 d 的公差带在零线下方，当其与 k，m，n 等mp轴配合时，将获得比一般过渡配合规定的过盈量稍大的过盈配合；当与g，h等轴配合 时不再是间隙配合、而成为过渡配合。图 17.1 轴承单一平面平均内、外径的公差带第三节 滚动轴承与轴、孔的配合及其选用一、轴和外壳孔的公差带国家标准 GB/T 275 1993 推荐了与 0 (G)、6 (E)、5 (D)、4 (C)级相配 合的轴和孔的公差带。见表 17.2。表17.2与滚动轴承各级精度相配合的轴和外壳孔公差带轴承精度轴公差带外壳孔公差带过渡配合过盈配合间隙配合过渡配合过盈配合0g8 g6 g5h7 h6 h5 j6 j5 js5k6 k5m6 m5 n6 p6r6G7H8 H7 H6J7 J6 JS7 JS6K7 K6 M7 M6N7 N6P7P66g6 g5h6 h5j6 j5 js5k6 k5m6 m5 n6 p6r6G7H8 H7 H6J7 J6 JS7 JS6K7 K6 M7 M6N7 N6P7P64h5js5k6 k5m6 m5k5 m5H6JS6K6M6K6注：1.孔N6与G级精度轴承(外径DV150mm)和E级精度轴承(外径DV315mm)的配合过盈配合。2.轴r6用于内径d120500mm；轴r7用于内径d180500mm。国家标准GB/T 275 一 1993对与滚动轴承配合的轴颈规定了 17种常用公差带，对 外壳孔规定了 16种常用公差带，如图 17.2所示。(a) 轴承与轴配合的常用公差带关系图(b) 轴承与外壳孔配合的常用公差带关系图图 17.2 与滚动轴承配合的轴、外壳孔常用公差带二、轴和外壳孔与滚动轴承配合的选用正确选择轴承的配合，对保证机器正常运转、提高轴承使用寿命、充分发挥其承 载能力关系很大，选择时应考虑下列因素：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套圈的旋转情况，可将所示负荷分为局部负荷、循环负荷和摆动负荷三类，见图 17.3。内圈旋转负荷外圈定向负荷(a)内圈定向负荷外圈旋转负荷(b)内圈旋转负荷外圈摆动负荷(c)内圈摆动负荷外圈旋转负荷(d)图 17.3 轴承承受的负荷类型1)定向负荷 径向负荷始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。图 17.3(a)固定的外圈和17.3 (b)固定的内圈均受到一个方向一定的径向负荷F的作用。承受这0类负荷的套圈与壳体孔或轴的配合，一般选较松的过渡配合，或较小的间隙配合，以 便让套圈滚道间的摩擦力矩带动转矩，延长轴承的使用寿命。(2)旋转负荷 径向负荷相对于套圈旋转， 依次作用在套圈滚道的整个圆周上。图 17.3(a)(c)的内圈，图17.3 (b)和(d)的外圈均受到 个作用位置依次改变的径向负荷 F 的作用。通 0 承受循环负荷的套圈与轴(或壳体孔)相配应选过 配合或较紧的过渡配合，其过盈量的大小以不使 团与轴或完体孔配合表面间产生爬行现象为原 则。并和 一 常 盈套 的 对负( 3)摆动负荷 大小和方向按一定规律变化 径向负荷作用在套圈的部分滚道上，此时套圈相 于负荷方向摆动。如图 17.4所示，轴承受到定向荷F0和较小的旋转负荷F的同时作用，二者的合成负荷F由小到大、再由大到小的 周期图 17.4 摆动负荷变化。图17.3 (c)固定的外圈和图17.3 (d)固定的内圈受到摆动负荷。承受摆动负 荷的套圈，其配合要求与循环负荷相同或略松一些。2、负荷的大小滚动轴承套圈与轴或壳体孔配合的最小过盈，取决于负荷的大小。一般把径向负 荷P0.07C的称为轻负荷，0.07CP0.15 C的称为重负 荷。其中 C 为轴承的额定负荷，即轴承能够旋转 105 次而不发生点蚀破坏的概率为 90时的载荷值。承受较重的负荷或冲击负荷时，将引起轴承较大的变形，使结合面间实际过盈减 小和轴承内部的实际间隙增大，这时为了使轴承运转正常，应选较大的过盈配合。同 理，承受较轻的负荷，可选用较小的过盈配合。当轴承内圈承受循环负荷时，它与轴配合所需的最小过盈Y(mm)为m in 计算式中，R轴承承受的最大径向负荷，kN；k与轴承系列有关的系数，轻系列= 2.8，中系列= 2.3，重系列=2；b 轴承内圈的配合宽度，m，b二B - 2r，B为轴承宽度，r为内圈倒角。为避免套圈破裂，最大过盈Y(mm)必须按不允许超出套圈的允许强度来计max计算算式中允许的拉应力，105Pa,轴承钢的拉应力p400x105Pa；d 轴承内圈内径， m。根据计算得到的Y 、，便可从国标“公差与配合”表中选取最接近的配合。 min计算3、工作温度的影响轴承工作时，由于摩擦发热和其他原因，轴承套圈的温度往往高于与其相配零件 的温度。这样，内圈与轴的配合可能松动，外圈与孔的配合可能变紧，所以在选择配 合时，必须考虑轴承工作温度的影响。因此，轴承工作温度一般应低于100C，在高 于此温度中工作的轴承，应将所选用的配合适当修正。4、轴承尺寸大小滚动轴承的尺寸越大，选取的配合应越紧。但对于重型机械上使用的特别大尺寸 的轴承，应采用较松的配合。5、旋转精度和速度的影响对于负荷较大、有较高旋转精度要求的轴承，为消除弹性变形和振动的影响，应 避免采用间隙配合。对精密机床的轻负荷轴承，为避免孔和轴的形状误差对轴承精度 的影响，常采用较小的间隙配合。6、其他因素的影响为了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或特 大型轴承尤为重要。如果既要求装拆方便，又需紧配合时，可采用分离型轴承，或采 用内圈带锥孔、带紧定套和退卸套的轴承。选用轴承配合时，还应考虑旋转精度、旋转速度、轴和外壳孔的结构与材料等因 素。综上所述，影响滚动轴承配合选用的因素铰多，通常难以用计算法确定，所以在 实际生产中常用类比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了国家标准推荐的安装向心轴 承和角接触轴承、推力轴承的轴和外壳孔的公差带的应用情况，供选用时参考。表17.3向心轴承和轴的配合轴公差带代号(GB/T2751993)圆柱孔F由承运转状态负深沟球轴承、调圆柱和圆锥滚调心滚子轴承公差带荷心球轴承和角接子轴承状触球轴承说明举例态轴承公差内 径/mm旋转一般通用轻W18一一h5的内圈机械、电动负18 10040100 20040 14040 100k6摆动负轴、泵、内燃一14 0 200100 200m6荷机、正齿轮传正18 10040100 14040 10040 65m5箱、破碎机等荷14 0 200100 14065 100m620028014 0 200100 140n6一20040014 0 280P6一一280500r6重50 14050 100n6负14 0 200100 140P6荷20014 0 200r6一200r7固定静止轴上的各所所用尺寸f6的内圈种轮子、张紧有g6负荷线轮、振动负h6筛、惯性振动 器荷j6仅有轴向负荷所用尺寸j6、 js6圆锥孔轴承所有负铁路机车车辆轴箱装在退卸套上的所有尺寸h8(IT6)荷一般机械传动装在紧定套上的所有尺寸h9(IT6) 凡对精度有较高要求的场合，应用j5, k5代替j6, k6。 圆锥滚子轴承、角接触球轴承配合对游隙影响不大，可用 k6、m6 代替 k5、m5 重负荷下轴承游隙应选大于 0组。 凡有较高精度或转速要求的场合，应选用h7（IT5）代替h8（IT6）等。 IT6、IT7 表示圆柱度公差值。表 17.4 向心轴承和外壳的配合孔公差带代号（ GB/T2751993）运转状态负荷状态其他状况公差带说明举例球轴承滚子轴承固定的外 圈负荷一般机械、 铁路机车车辆轴 箱、电动机、 泵、曲轴主轴承轻、正常、重轴向易移动，可米用 剖分式外壳H7、G7 冲击轴向能移动，可采用 整体式或剖分式外壳J7、 JS7摆动负荷轻、正常正常、重轴向不移动，采用整 体式外壳K7冲击M7旋转的外圈负荷张紧滑轮、轮毂轴承轻J7K7正常K7、M7M7、N7重N7、P7 并列公差带随尺寸的增大从左至右选择，对旋转精度有较高要求时，可相应提高一个公差等 级。 不适用剖分式外壳。表 17.5 推力轴承和轴的配合轴公差带代号（ GB/T2751993）运转状态负荷状态球和滚子轴承调心滚子轴承公差带轴承公差内径/mm仅有轴向负荷所有尺寸j6、 js6固定的轴圈负荷径向和轴向联合250js6旋转的轴圈负荷200400m6400n6 要求较小过盈时，可分别用 j6、k6、m6 代替 k6、m6、n6。 也包括推力圆锥滚子轴承，推力角接触轴承。表17.6推力轴承和外壳的配合孔公差带芋代号(GB/T2751993)运转状态负荷状态轴承类型公差带备注仅有轴向负荷球轴承H8圆柱、圆锥滚子轴承H7调心滚子轴承外壳孔与座圈间间隙为0.001DCD为轴承 公称外径）固定的座圈负荷径向和轴向联合负荷角接触球轴承、调心 滚子轴承、圆锥滚子H7旋转的座圈负K7普通使用条件三、配合表面的其他技术要求GB/T2751993 规定了与轴承配合的轴颈和外壳孔表面的圆柱度公差、轴肩及外 壳孔端面的端面圆跳动公差、名表面的粗糙度要求等，如表 17.7、表 17.8 所示。表 17.7 轴和外壳孔的形位公差基本尺寸/ mm圆柱度t端面圆跳动t,轴颈外壳孔轴肩外壳孔肩轴承公差等级06(6x)06(6x)06(6x)06(6x)大于至公差彳t/ fm662.51.542.5538510102.51.542.564106183.02.053.08512818304.02.564.0106151030504.02.574.0128201250805.03.085.015102515801206.04.0106.0151025151201808.05.0128.02012302018025010.07.01410.02012302025031512.08.01612.02515402531540013.09.01813.02515402540050015.010.02015.025154025表178配合面的表面粗糙度（/m）轴或轴承座直径 轴或外壳配合表面直径公差等级/mmIT7IT6IT5表面粗糙度大于至RzRRzRRzR磨车磨车磨车8080101.63.26.30.81.640.40.8500161.63.2101.63.26.30.81.6端面2.53.26.3253.26.3101.63.2四、选用举例例 1 有一圆柱齿轮减速器（如图 17.5 所示），小齿轮轴要求较高的旋转精度，装有0级单列深沟球轴承，轴承尺寸为 50mmxll0mmx27mm，额定动负荷C = r32000N，轴承承受的径向负荷F =4000N。试用类比法确定轴颈和外壳孔的公差带代 r号，画出公差带图，并确定孔、轴的形位公差值和表面粗糙度，并将它们分别标注在 装配图和零件图上。解按给定条件，可知F =0.125C，属于正常负荷。内圈负荷为旋转负荷，外 rr圈负荷为定向负荷。参考表17.3、表17.4，选轴颈公差带为k6,外壳孔公差带为G7 或H7。但由于该轴旋转精度要求较高，故选更紧一些的配合J7较为恰当。从表17.1 中查出，轴承内、外圈单一平面平均直径的上、下偏差，再由表13.1、 表13.2查出k6和J7的上、下偏差，从而画出公差带图，如图17.6所示。图 17.5 圆柱齿轮减速器结构图17.6 轴承与孔、轴配合的公差带从图中可算出内圈与轴Y = -0.002mm ， Y = -0.030mm ；外圈与孔minmaxX = +0.037mm， Y = -0.013mm。maxmax查表17.7得圆柱度要求：轴颈为0.004mm，外壳孔为0.010mm；端面圆跳动要 求：轴肩0.012mm，外壳孔肩0.025mm。查表17.8得粗糙度要求：轴颈R 0.8pm，轴肩R 3.2卩m，外壳孔 aaR 1.6pm，孑L肩 R 3.2pm。aa将选择的各项公差要求标注在图上，如图 17.7。图 17.7 轴和外壳孔的公差带标注例2在C616车床主轴后支承上，装有两个单列向心球轴承(见图17.8)，其外 形尺寸为d x D x B = 50mmx 90mmx 20mm，试选定轴承的精度等级，轴承与轴、外 壳孔的配合。(C616为普通车床，旋转精度和转速较高)解：1、确定轴承的精度等级(1) C616车床属于轻载的普通车床，主轴承受轻载荷。(2) C616车床的旋转精度和转速较高，选择6 (E)级精度的滚动轴承。2、确定轴承与轴、外壳孔的配合(1) 轴承内圈与主轴配合一起旋转，外圈装在壳体中不转。(2) 主轴后支承主要承受齿轮传递力，故内圈承受旋转负荷，外圈承受定向负 荷，前者配合应紧，后者配合略松。(3) 参考表17.3、表17.4选出轴公差带为j5mm，壳体孔公差带为J6mm。(4) 机床主轴前轴承已轴向定位，若后轴承外圈与壳体孔配合无间隙，则不能补 偿由于温度变化引起的主轴的伸缩性；若外圈与壳体孔配合有间隙，会引起主轴跳 动，影响车床的加工精度。为了满足使用要求，将壳体孔公差带提高一档，改用 K6mm。(5)按滚动轴承公差国家标准，由表17.1查出6 (E)级轴承单一平面平均内径偏差 Ad=Omm ,mp上Ad0.01mm ；单一平面平均外径偏差AD=Omm ,mp下mp上AD=0.013mm。mp下根据公差与配合国标GB/T1800.3 1998，查得：轴为Q50j5( +0.006)mm，壳体孔-0.005为 Q 90K6( +0.004) mm。-0.018图17.9 为 C616 车床主轴后轴承的公差与配合图解，由此可知，轴承与轴的配合 比外壳孔的配合要紧些。(6)查表17.7得圆柱度要求：轴颈为0.0025mm,外壳孔为0.006mm；端面圆跳 动要求：轴肩 0.008mm。查表17.8得粗糙度要求：轴颈R 0.4卩m ,轴肩R 1.6 pm ,外壳孔aaR 1.6pm。a将选择的各项公差要求标注在图上，如图 17.10。图 17.8 C616 车床主轴后轴承结构图 17.9 轴承与孔、轴配合的公差带主轴箱箱徉训图 17.10 轴和外壳孔的公差带标注习题1. 在 C6132 车床主轴箱内第 VIII 轴上，装有两个 0 级深沟球轴承，内孔直径为20mm,外圆直径为47mm,这两个轴承的外圈装在同一齿轮的孔内，与齿轮一起旋 转，两个轴承的内圈与轴VIII相配，轴固定在主轴箱箱壁上，通过该齿轮将主轴的回 转运动传给进给箱。已知轴承承受轻载荷。试确 定；(1) 与轴承配合的轴颈、齿轮内孔的公差带 代号；(2) 画出公差带图，计算内圈与轴、外圈与 孔配合约权限间隙、极限过盈；(3) 轴颈和齿轮孔的形位公差和表面粗糙度 值；(4) 参照习题图 1，把所选的各项公差标注 在图样上 习题图 12. 有一 E208的轻系列滚动轴承(E级精度、公称内径 为40mm,公称外径为90mm)。测得内、外圈的单一内径尺寸为：d = 40mm , d= 40.003mm ； d = 39.992mm , d= 39.997mm ；max 1max 2min 1min 2单一外径尺寸为： D= 90mm , D = 89.987mm ； D= 89.996mm ,max 1max 2min1D = 89.985mm 。试确定该轴承内、外圈是否合格？min 23. 习题图2所示，有一 C级207滚动轴承（内径35mm，外径72mm，额定动负 荷C为19700N）,应用于闭式传动的减速器中。其工作情况为：外壳固定，轴旋转， 转速为980r/min,承受的定向径向载荷为1300N。试确定：（1 ）轴颈和外壳孔的公差带，并将公差带代号标注在装配图上（035j6，0 72H7 ）。（2）轴颈和外壳孔的尺寸极限偏差以及它们和滚动轴承配合的有关表面的形位公差、表面租糙度参数值，并将它们标注在零件图上。 习题图 24. 有一 D306滚动轴承（公称内径d =30mm,公称外径D =72mm），轴与轴承 内圈配合为js5,壳体孔与轴承外因配合为J6,试画出公差带图，并计算出它们的配 合间隙与过盈以及平均间隙或过盈。