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（相称于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/T307.3－1996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状况如下：0（G）级（一般称为一般级）——用于低、中速及旋转精度规定不高的一般旋转机构，它在机械中应用最广。例如一般机床变速箱、进给箱的轴承，汽车、拖拉机变速箱的轴承，一般电动机、水泵、压缩机等旋转机构中的轴承等。6（E）级——用于转速较高、旋转精度规定较高的旋转机构。例如一般机床的主轴后轴承，精密机床变速箱的轴承等o5（D）级、4（C）级——用于高速、高旋转精度规定的机构。例如精密机床的主轴轴承，精密仪器仪表的重要轴承等。2（B）级——用于转速很高、旋转精度规定也很高的机构。例如齿轮磨床、精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器仪表的重要轴承等。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轻易变形，但当轴承内圈与轴、外圈与外壳孔装配后，这种少许的变形会得到一定程度的矫正。田此，国标对轴承内、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：①轴承单一内径（）与外径（）的偏差（，）；②轴承单一平面平均内径（）与外径（）的偏差（，）。两种形状公差是：①轴承单一径向平面内，内径（）与外径（）的变动量（，）；②轴承平均内径（）与外径（）的变动量（，）。合格的滚动轴承，必须同步满足所规定的两种公差规定。表17.1列出了部分向心轴承，的极限值。表17.1向心轴承，的极限值（摘自GB/T307.1－1994）精度等级0（G）6（E）5（D）4（C）2（B）基本直径/mm，/m不小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18300-100-8060502.530500-120-100-80-60-2.5外圈50800-130-110-90-70-4801200-150-130-100-80-5滚动轴承是原则部件，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。原则中规定的轴承外圈单一平面平均直径的公差带的上偏差为零，如图17.1所示，与一般基轴制相似；单一平面平均内径的公差带，其上偏差也为零（图17.1），这和一般基孔制的规定不一样。这重要考虑轴承配合的特殊需要。由于在多数状况下轴承内圈随轴一起转动，两者之间配合必须有一定过盈，但过盈量又不适宜过大，以保证拆卸以便，防止内圈应力过大。的公差带在零线下方，当其与k，m，n等轴配合时，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标GB/T275一1993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0g8g6g5h7h6h5j6j5js5k6k5m6m5n6p6r6G7H8H7H6J7J6JS7JS6K7K6M7M6N7N6P7P66g6g5h6h5j6j5js5k6k5m6m5n6p6r6G7H8H7H6J7J6JS7JS6K7K6M7M6N7N6P7P65h5j5js5k6k5m6m5H6JS6K6M64h5js5k5m5K6注：1.孔N6与G级精度轴承（外径D＜150mm）和E级精度轴承（外径D＜315mm）的配合过盈配合。2.轴r6用于内径d＞120～500mm；轴r7用于内径d＞180～500mm。国标GB/T275一1993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对的选择轴承的配合，对保证机器正常运转、提高轴承使用寿命、充足发挥其承载能力关系很大，选择时应考虑下列原因：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状况，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－旋转负荷内圈－定向负荷内圈－旋转负荷内圈－摆动负荷外圈－定向负荷外圈－旋转负荷外圈－摆动负荷外圈－旋转负荷（a）（b）（c）（d）图17.3轴承承受的负荷类型（1）定向负荷径向负荷一直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种方向一定的径向负荷的作用。承受此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，并依次作用在套圈滚道的整个圆周上。图17.3（a）和（c）的内圈，图17.3（b）和（d）的外圈均受到一种作用位置依次变化的径向负荷的作用。一般承受循环负荷的套圈与轴(或壳体孔)相配应选过盈配合或较紧的过渡配合，其过盈量的大小以不使套团与轴或完体孔配合表面间产生爬行现象为原则。（3）摆动负荷大小和方向按一定规律变化的径向负荷作用在套圈的部分滚道上，此时套圈相对于负荷方向摆动。如图17.4所示，轴承受到定向负荷和较小的旋转负荷的同步作用，两者的合成负荷由小到大、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，其配合规定与循环负荷相似或略松某些。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，0.07CP0.15C称为正常负荷，P0.15C的称为重负荷。其中C为轴承的额定负荷，即轴承可以旋转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（mm）为式中，——轴承承受的最大径向负荷，kN；——与轴承系列有关的系数，轻系列＝2.8，中系列＝2.3，重系列＝2；——轴承内圈的配合宽度，m，，为轴承宽度，为内圈倒角。为防止套圈破裂，最大过盈（mm）必须按不容许超过套圈的容许强度来计算式中，——容许的拉应力，105Pa，轴承钢的拉应力≈400×105Pa；——轴承内圈内径，m。根据计算得到的，便可从国标“公差与配合”表中选用最靠近的配合。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，内圈与轴的配合也许松动，外圈与孔的配合也许变紧，因此在选择配合时，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100℃，在高于此温度中工作的轴承，应将所选用的配合合适修正。4、轴承尺寸大小滚动轴承的尺寸越大，选用的配合应越紧。但对于重型机械上使用的尤其大尺寸的轴承，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、有较高旋转精度规定的轴承，为消除弹性变形和振动的影响，应防止采用间隙配合。对精密机床的轻负荷轴承，为防止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、其他原因的影响为了考虑轴承安装与拆卸的以便，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。假如既规定装拆以便，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、轴和外壳孔的构造与材料等原因。综上所述，影响滚动轴承配合选用的原因铰多，一般难以用计算法确定，因此在实际生产中常用类比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了国标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状况，供选用时参照。表17.3向心轴承和轴的配合轴公差带代号（GB/T275－1993）圆柱孔轴承运转状态负荷状态深沟球轴承、调心球轴承和角接触球轴承圆柱和圆锥滚子轴承调心滚子轴承公差带说明举例轴承公差内径/mm旋转的内圈负荷及摆动负荷一般通用机械、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＞100～200h5j6=1\*GB3①k6=1\*GB3①m6=1\*GB3①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＞280～500j6、js5k5=2\*GB3②m5=2\*GB3②m6n6p6r6重负荷＞50～140＞140～200＞200－＞50～100＞100～140＞140～200＞200n6p6r6r7固定的内圈负荷静止轴上的多种轮子、张紧线轮、振动筛、惯性振动器所有负荷所用尺寸f6g6=1\*GB3①h6j6仅有轴向负荷所用尺寸j6、js6圆锥孔轴承所有负荷铁路机车车辆轴箱装在退卸套上的所有尺寸h8(IT6)=4\*GB3④=5\*GB3⑤一般机械传动装在紧定套上的所有尺寸h9(IT6)=4\*GB3④=5\*GB3⑤①凡对精度有较高规定的场所，应用j5，k5……替代j6，k6……。②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替代k5、m5。③重负荷下轴承游隙应选不小于0组。④凡有较高精度或转速规定的场所，应选用h7(IT5)替代h8(IT6)等。⑤IT6、IT7表达圆柱度公差值。表17.4向心轴承和外壳的配合孔公差带代号（GB/T275－1993）运转状态负荷状态其他状况公差带=1\*GB3①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，可采用剖分式外壳H7、G7=2\*GB3②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、P7①并列公差带随尺寸的增大从左至右选择，对旋转精度有较高规定期，可对应提高一种公差等级。②不合用剖分式外壳。表17.5推力轴承和轴的配合轴公差带代号（GB/T275－1993）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负荷≤250＞250j6js6旋转的轴圈负荷或摆动负荷≤200＞200～400＞400k6=1\*GB3①m6n6①规定较小过盈时，可分别用j6、k6、m6替代k6、m6、n6。②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代号（GB/T275－1993）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0.001D（D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、圆锥滚子轴承H7旋转的座圈负荷或摆动负荷K7一般使用条件M7有较大径向负荷时三、配合表面的其他技术规定GB/T275－1993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、名表面的粗糙度规定等，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t1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)不小于至公差值/μm610610182.52.53.01.51.52.04452.52.53.0568345810125681830503050804.04.05.02.52.53.06784.04.05.01012156810152025101215801201801201802506.08.010.04.05.07.01012146.08.010.015202010121225303015202025031540031540050012.013.015.08.09.010.016182012.013.015.0252525151515404040252525表17.8配合面的表面粗糙度（μm）轴或轴承座直径/mm轴或外壳配合表面直径公差等级IT7IT6IT5表面粗糙度不小于至RzRaRzRaRzRa磨车磨车磨车808050010161.61.63.23.26.3100.81.61.63.246.30.40.80.81.6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），小齿轮轴规定较高的旋转精度，装有0级单列深沟球轴承，轴承尺寸为50mm×110mm×27mm，额定动负荷＝3N，轴承承受的径向负荷＝4000N。试用类比法确定轴颈和外壳孔的公差带代号，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＝0.125，属于正常负荷。内圈负荷为旋转负荷，外圈负荷为定向负荷。参照表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规定较高，故选更紧某些的配合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圆柱齿轮减速器构造图17.6轴承与孔、轴配合的公差带从图中可算出内圈与轴，；外圈与孔，。查表17.7得圆柱度规定：轴颈为0.004mm，外壳孔为0.010mm；端面圆跳动规定：轴肩0.012mm，外壳孔肩0.025mm。查表17.8得粗糙度规定：轴颈，轴肩，外壳孔，孔肩。将选择的各项公差规定标注在图上，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，试选定轴承的精度等级，轴承与轴、外壳孔的配合。（C616为一般车床，旋转精度和转速较高）解：1、确定轴承的精度等级（1）C616车床属于轻载的一般车床，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）主轴后支承重要承受齿轮传递力，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）参照表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，则不能赔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。为了满足使用规定，将壳体孔公差带提高一档，改用K6mm。（5）按滚动轴承公差国标，由表17.1查出6（E）级轴承单一平面平均内径偏差，；单一平面平均外径偏差，。根据公差与配合国标GB/T1800.3－1998，查得：轴为，壳体孔为。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得圆柱度规定：轴颈为0.0025mm，外壳孔为0.006mm；端面圆跳动规定：轴肩0.008mm。查表17.8得粗糙度规定：轴颈，轴肩，外壳孔。将选择的各项公差规定标注在图上，如图17.10。图17.8C616车床主轴后轴承构造图17.