机械精度设计与检测课件：滚动轴承的精度设计

滚动轴承的精度设计机械精度设计与检测目录滚动轴承的组成及特点01滚动轴承精度等级及选用02滚动轴承、轴、外壳孔的精度设计03内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测滚动轴承是由专业生产的一种标准部件，在机器中起支承作用，并以滚动代替滑动，以减少运动副的摩擦及其磨损。滚动轴承工作时，内圈与轴颈一起旋转，外圈在外壳孔中固定不动，即内圈和外圈以一定的速度作相对转动。轴内圈保持架滚动体外圈机壳内容

图1滚动轴承1-外圈2-内圈3-滚动体4-保持架1.滚动轴承的组成与特点外圈1：有沟槽。与轴承座装配。内圈2：有沟槽。与轴颈装配。滚动体3：在内、外圈滚道间滚动，实现滚动摩擦。有球形和滚子两大类。保持架4：将滚动体均匀地隔开。其内圈内径与轴颈d配合，外圈外径与外壳孔D配合，属于典型的光滑圆柱连接。滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的工作性能和使用寿命主要取决于轴承本身的制造精度，同时还与滚动轴承相配合的轴颈和外壳孔的尺寸公差、几何公差和表面粗糙度已经安装正确与否等因素有关。◆按滚动体的形状分球轴承：与套圈滚道点接触，摩擦小。滚子轴承：与套圈滚道线接触，承载能力高。◆按能承受载荷的方向分向心轴承：只能承受或主要承受径向载荷，其接触角α为。推力轴承：只能承受或主要承受轴向载荷，其接触角α为。滚动轴承的精度设计与检测表

滚动轴承的主要类型和特性内容2.滚动轴承精度等级及其选用（1）滚动轴承的精度等级国家标准GB/T307.2—2005规定向心轴承精度分为0、6、5、4和2五级，其中0级最低，依次升高，2级最高;圆锥滚子轴承的公差等级分为0，6x，5，4，2五级，推力轴承的公差等级分为0,6,5,4四级。滚动轴承的精度设计与检测内容根据（1）尺寸精度（D、d、B尺寸的公差）（2）旋转精度内、外圈作相对运动时跳动的程度滚动轴承的精度设计与检测内容2.滚动轴承精度等级及其选用（2）轴承精度等级的选用0级—普通级，用于普通机床的变速箱、普通电动机、压缩机等；一般旋转机构中的低、中速及旋转精度要求不高的轴承。它在机械中应用最广，在轴承代号标注时不予注出。6，6x级—中等级，用于普通机床的后轴承、精密机床变速箱等转速和旋转精度要求较高的旋转机构。5、4级—精密级，精密机床的主轴承、精密仪器仪表中使用的主要轴承等转速和旋转精度要求高的旋转机构。2级—超精级，用于齿轮磨床、精密坐标镗床、高精度仪器仪表等转速和旋转精度要求很高的旋转机构的主要轴承。滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计轴承与轴颈、外壳孔配合精度设计的实质是：确定轴颈和外壳孔的公差带。设计时应考虑：轴承套圈相对于负荷方向的运转状态、负荷的大小、径向游隙、轴承的工作条件（1）

轴和外壳孔的公差带当选定了滚动轴承的种类和精度后，轴承内圈和轴颈、外圈和外壳孔的配合面需要的配合性质，只是由轴颈和外壳孔的公差带决定。也就是说，轴承配合的选择就是确定轴颈和外壳孔的公差带过程。国家标准对与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，这些公差带分别选自GB/T1800.1—2009中规定的轴公差带和孔公差带。滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（1）

轴和外壳孔的公差带

图3轴承和轴颈配合的常用公差带轴承与外壳孔配合的常用公差带滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计轴承基准制公差带位置配合性质作用内圈基孔制零线下方但其特性与国标不同例：与g6、h6的轴颈构成过渡配合（国标间隙配合）与k6、m6、n6的轴颈构成小过盈配合（国标过渡配合）消除内圈与轴颈相对运动减少磨损外圈基轴制零线下方同于标准与外壳孔形成的配合性质与国标相同允许轴向伸缩消除因温度变化引起的轴变形滚动轴承的内圈是随轴一起旋转的，防止内圈和轴颈的配合面之间相对滑动而磨损，影响轴承的工作性能和使用寿命，因此滚动轴承的内圈和轴颈配合具有一定过盈。同时考虑到内圈是薄壁件，其过盈量又不能太大。标准规定轴承内圈内径为基准孔，公差带采用基本偏差代号H，轴颈采用非标准的公差带。公差带由轴承内径d的零线上方改为零线下方，上偏差为零，下偏差为负。滚动轴承的外圈安装在外壳孔孔中不旋转，标准规定外圈外径D的公差带位于零线下方，上偏差为零，下偏差为负，与标准公差带一致，但公差值不同。滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（2）轴承套圈相对于负荷的类型作用在轴承套圈上的径向负荷一般是由定向负荷和旋转负荷合成的，根据轴承套圈所承受负荷的具体情况，可分为以下3类。①套圈相对于负荷方向固定———定向负荷②套圈相对于负荷方向旋转———旋转负荷③套圈相对于负荷方向摆动———摆动负荷当Fr>Fc，合成负荷F在滚道区域内摆动当Fr<Fc，合成负荷沿整个滚道圆周变动

图4轴承套圈承受负荷的类型滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（2）轴承套圈相对于负荷的类型一般情况下，受定向负荷的套圈配合应选松以下，通常应选过渡配合或具有极小间隙的间隙配合。受旋转负荷的套圈配合应选较紧的配合，通常应选用过盈量较小的过盈配合或者有一定过盈量的过渡配合。受摆动负荷的套圈配合的松紧程度应介于前两种负荷的配合之间。配合性质旋转负荷时较紧

固定负荷时稍松由于轴承套圈是薄壁件，在负荷作用下，套圈和容易产生变形，导致配合面接触受力不均匀，容易引起松动。轻负荷配合松正常负荷重负荷配合紧滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（3）径向游隙滚动体与内外圈之间的游隙分为径向游隙和轴向游隙。

游隙过大，会引起转轴较大的径向跳动和轴向窜动，轴承产生较大的振动和噪声；游隙过小，尤其是轴承与轴颈或外壳孔采用过盈配合时，则会使轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力，引起轴承的摩擦发热，以致降低寿命。因此轴承游隙的大小应适度。GB/T4604.1-2012规定轴承的径向游隙分为5组：2组、0组、3组、4组、5组，其中0组为基本游隙组。游隙依次由小到大游隙小的——配合选松游隙大的——配合选紧滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（4）其他因素①温度的影响工作温度的影响，滚动轴承一般在低于100℃的温度下工作。因轴承磨擦发热和其它热源的影响而使轴承套圈的温度高于相配件的温度时，内圈轴颈的配合将会变松，外圈外壳孔的配合将会变紧，当轴承工作温度高于100℃时，应对所选用的配合适当修正（减小外圈与外壳孔的过盈，增加内圈与轴颈的过盈）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。②转速的影响。对于转速高又承受冲击动负荷作用的滚动轴承，轴承与轴颈的外壳孔的配合应选用过盈配合。滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（4）其他因素③公差等级的协调。选择轴颈和外壳孔精度等级时应与轴承精度等级协调。0级轴承配合轴颈一般为IT6，外壳孔则为IT7；对旋转精度和运动平稳性有较高要求的场合（如电动机），

轴颈为IT5时，外壳孔选为IT6。滚动轴承的精度设计与检测内容与向心轴承配合的轴公差带代号内容向心轴承和外壳孔的配合、孔公差带代号滚动轴承的精度设计与检测内容（5）配合表面的形位公差和表面粗糙度要求国家标准规定了与各种轴承配合的轴颈和外壳孔的形位公差滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容轴颈应采用——包容要求；同时规定2个轴颈——对它们公共轴线的同轴度公差。

或者圆跳动和圆柱度（中低速、一般载荷）箱体上支承同一根轴的2个外壳孔应采用——最大实体要求零几何公差；同时规定2个外壳孔——对它们公共轴线的同轴度公差。

或者圆跳动和圆柱度（中低速、一般载荷）如果轴颈与外壳孔存在较大的形状公差，则轴承安装后套圈会存在变形而不圆，必须对轴颈和外壳孔规定严格的圆柱度公差。轴颈肩部和外壳上轴承孔的端面是对轴承的轴向定位，若存在垂直度误差，则轴承安装后套圈存在不稳，影响轴承寿命和运转的平稳性，应规定轴颈肩部和外壳上轴承孔的端面，对基准轴线的轴向圆跳动公差或垂直度公差。滚动轴承的精度设计与检测内容（5）配合表面的形位公差和表面粗糙度要求国家标准规定了与各种轴承配合表面的粗糙度（µm）滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承精度设计步骤（1）根据转速、旋转精度确定轴承类型（2）确定轴承内圈与轴配合的尺寸公差带（17种）

轴承外圈与孔配合的尺寸公差带（16种）（3）孔、轴几何公差的选用（4）孔轴表面粗糙度的选用（5）总装图和零件图的标注3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计滚动轴承的精度设计与检测内容（6）设计举例例1已知减速器的功率为6kW，从动轴转速为85r/min，其两端的轴承为6212深沟球轴承（d=60mm，D=110mm），轴上安装齿轮，模数m=3mm，齿数Z=80。试确定轴颈和外壳孔的公差带、几何公差值和表面粗糙度参数值，并标注在图样上（由机械设计已算得F=0.02C）。滚动轴承的精度设计与检测内容3.滚动轴承与轴和外壳孔的精度设计（6）设计举例例1已知减速器的功率为6kW，从动轴转速为85r/min，其两端的轴承为6212深沟球轴承（d=60mm，D=110mm），轴上安装齿轮，模数m=3mm，齿数Z=80。试确定轴颈和外壳孔的公差带、几何公差值和表面粗糙度参数值，并标注在图样上（由机械设计已算得F=0.02C）。

任务分析：任务所述齿轮减速器功率为6kW，转速不高（85r/min），轴承类型可选为深沟球轴承（6212），属于一般用减速器。因此该减速器工作时，旋转精度要求不高；齿轮传动时，轴承内圈与轴一起旋转，承受负荷；外圈相对于负荷方向静止；F=0.01C，远小于0.07C，属于轻负荷轴承。滚动轴承的精度设计与检测内容（6）设计举例任务实施：（1）确定轴承精度等级。由于分析知，该减速器旋转精度要求不高，故选择P0级轴承，0级精度，代号中可以省略不标注。（2）确定轴颈和外壳孔公差带。由于分析知，齿轮传动时，轴承内圈与轴一起旋转，承受负荷，应选择较紧的配合；外圈相对于负荷方向静止，它与外壳孔的配合应选择较松的配合。由于F=0.01C，小于0.07C，故该减速器轴承属于轻负荷。查表，轴颈公差带选为j6，孔（轴承内圈直径）公差带选为H7。查表，箱体外壳孔公差带选为H7。轴承端盖选为f9。（3）确定轴颈和外壳孔几何公差类型和几何公差值。由图所标尺寸知，轴颈段直径为ø60mm，查表，轴颈圆柱度公差确定为0.005mm，轴肩轴向圆跳动公差确定为0.015mm，外壳孔的圆柱度公差确定为0.01mm。滚动轴承的精度设计与检测内容内容向心轴承和外壳孔的配合、孔公差带代号滚动轴承的精度设计与检测内容内容（6）设计举例（4）确定配合面表面粗糙度参数值。轴颈和外壳孔查表表面粗糙度数值，磨削轴取Ra≤0.8μm；轴肩端面取Ra≤3.2μm。精车外壳孔取Ra≤3.2μm。（5）轴颈和外壳孔公差标注。因滚动轴承是标准件，装配图上只需要标注出轴颈和外壳孔的公差带代号。标注结果如图所示。滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容（6）设计举例例2有一圆柱齿轮减速器，小齿轮要求有较高的旋转精度，装有0级单列深沟球轴承，轴承尺寸为50mm×110mm×27mm，额定动负荷Cr=32000N，轴承承受的当量径向负荷Fr=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参数值，将它们分别标注在装配图和零件图上。解①按已知条件，可算得Fr=0.125Cr，属正常负荷。②按减速器的工作状况可知，内圈为旋转负荷，外圈为定向负荷，内圈与轴的配合应紧，外圈与外壳孔配合应较松。③根据以上分析，选用轴颈公差带为k6（基孔制配合），外壳孔公差带为G7或H7。但由于轴的旋转精度要求较高，故选用更紧一些的配合，孔公差带为J7（基轴制配合）较为恰当。④查出0级轴承内、外圈单一平面平均直径的上、下偏差，再由标准公差数值表和孔、轴基本偏差数值表查出50k6和110J7的上、下偏差，从而画出公差带图滚动轴承的精度设计与检测内容解⑤由公差带关系可知内圈与轴颈配合的Ymax=-0.030mmYmin=-0.002mm

外圈与外壳孔配合的Xmax=+0.037mmYmax=-0.013mm。⑥选取形位公差值圆柱度公差:轴颈为0.004mm，外壳孔为0.010mm

端面跳动公差:轴肩为0.012mm，外壳孔肩为0.025mm。⑦选取表面粗糙度数值轴颈表面Ra≤0.8μm，轴肩端面Ra≤3.2μm

外壳孔表面Ra≤1.6μm，轴肩端面Ra≤3.2μm。图5轴承与轴、孔配合的公差带图滚动轴承的精度设计与检测内容⑧将选择的上述各项公差标注在图上

图6轴颈和外壳孔公差在图样上标注示例滚动轴承的精度设计与检测内容例：某一级齿轮减速器的小齿轮轴，齿轮旋转精度较高，由6级单列向心轴承(d×D×B=Φ40×Φ90×23)支承，Pr=4000N，Cr=32000N试确定：（1）与该轴承内、外圈配合的轴颈、外壳孔的公差带代号；（2）确定轴颈、外壳孔的几何公差值和表面粗糙度值，并将设计结果标注在装配图和零件图上。滚动轴承的精度设计与检测内容轴旋转精度较高,轴公差带选择的k5（看后面一个表格选择），所以选择的外壳孔提高一个等级，选择H6公差带。滚动轴承的精度设计与检测内容1.精度要求较高场合，应用j5、k5、m5代替j6、k6、m62.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滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测内容滚动轴承的精度设计与检测项目五

典型零件的公差与配合内容如图所示的一级直齿圆柱齿轮减速器，功率为5kw,转速n1=960r/min。其两端的轴承为6211深沟球轴承（d=55mm，D=100mm），轻负荷。1.根据工况条件选择输出轴上Φ55轴颈与滚动轴承内径，箱体孔Φ100（外壳孔）与轴承外径的配合、几何公差值和表面粗糙度，并标注在图样上。解：根据减速器输出轴的使用功能，采用类比法，选用0级轴承。参考表“与向心轴承配合的轴公差带代号”和表“与向心轴承配合的外壳孔公差带代号”，分别选择：轴颈公差带Φ55k6，箱体孔公差带Φ100H7参考表“轴和外壳孔的几何公差值”、表“配合面的表