第七章滚动轴承的公差与配合

第七章滚动轴承的公差与配合-----------------------------------------------------------------------------------------------本次课内容：1.滚动轴承的互换性的概念和滚动轴承公差等级的规定及其应用；2.滚动轴承内、外径公差带的特点以及相配轴颈、外壳孔的公差带；3.滚动轴承与轴颈、外壳孔配合的选用。要求深刻理解与熟练掌握的重点内容：1．滚动轴承公差等级的规定；2．滚动轴承公差带的特点及选用；3．滚动轴承与轴颈、外壳孔配合的选用。本次课难点：滚动轴承与轴颈、外壳孔配合的选用。本次课教学方法：讲解本次课的重点、难点时设计课堂提问，掌握学生理解情况。-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------滚动轴承是机械制造业中应用极为广泛的一种标准部件，它一般由外圈1﹑内圈2﹑滚动体3和保持架4所组成（图7-1）。外圈与外壳孔配合，内圈与传动轴的轴径配合，属于典型的光滑圆柱连接，但由于它的结构特点和功能要求所决定，其公差配合与一般光滑圆柱连接要求不同。图7-1滚动轴承按承受负荷的方向，滚动轴承可分为平底推力球轴承（承受轴向负荷）﹑深沟球轴承（承受径向负荷的向心轴承）和角接触轴承（同时承受径向和轴向负荷的向心推力轴承）。滚动轴承的工作性能与使用寿命，既取决于本身的制造精度，也与外壳孔﹑传动轴轴颈的配合尺寸精度﹑形位精度以及表面粗糙度等有关。一﹑滚动轴承公差滚动轴承的公差等级根据轴承的结构尺寸﹑公差等级和技术性能等特征产品的符号，滚动轴承国家国家标准GB/T272-93将滚动轴承公差等级分为P2﹑P4﹑P5﹑P6﹑P0五级，其中P2级最高，依次降低，P0级最低（只有深沟球轴承有P2级；圆锥滚子轴承有P6X级而无P6级）。P0级为普通精度，在机器制造业中的应用最广。它用于旋转精度要求不高的机构中。例如，卧式车床变速箱和进给箱，汽车﹑拖拉机变速箱，普通电机﹑水泵﹑压缩机和涡轮机中。除P0级外，其余各级统称高精度轴承，主要用于高的线速度或高的旋转精度的场合，这类精度的轴承在各种金属切削机床上应用较多，可参看表7-1。表7-1机床主轴轴承精度等级轴承类型精度等级应用情况深沟球轴承P4高精度磨床﹑丝锥磨床﹑螺纹磨床﹑磨齿机﹑插齿刀磨床角接触球轴承P5精密镗床﹑内圆磨床﹑齿轮加工机床P6卧式车床﹑铣床单列圆柱滚子轴承P4精密丝杠车床﹑高精度车床﹑高精度外圆磨床P5精密车床﹑精密铣床﹑转塔车床﹑普通外圆磨床﹑多轴车床﹑镗床P6卧式车床﹑自动车床﹑铣床﹑立式车床向心短圆柱滚子轴承﹑调心滚子轴承P6精密车床及铣床的后轴承圆锥滚子轴承P2﹑P4座标镗床（P2）﹑磨齿机（P4）P5精密车床﹑精密铣床﹑镗床﹑精密转塔车床﹑滚齿机P6铣床﹑车床推力球轴承P6一般精度车床滚动轴承内经﹑外径公差带及特点国标GB/T-4199-84对轴承内径（d）与外径（D）规定了两种公差：一是d（或D）的最大值与最小值；二是轴承套圈任一横截面内量得的最大直径d实max（或D实max）与最小直径d实min（或D实min）的平均值dm（或Dm）的公差。由于滚动轴承为标准部件，因此轴承内径与轴颈的配合应为基孔制，轴承外径与外壳孔的配合应为基轴制。但这种基孔制和基轴制与光滑圆柱结合又有所不同，这是由滚动轴承配合的特殊需要所决定的。轴承内圈通常与轴一起旋转，为防止内圈和轴颈的配合产生相对滑动而磨损，影响轴承的工作性能，因此要求配合面间具有一定的过盈，但过盈量不能太大。如果作为基准孔的轴承内圈仍采用基本偏差为H的公差带，轴颈也选用光滑圆柱结合国家标准中的公差带，则这样在配合时，无论选过渡配合（过盈量偏小）或过盈配合（过盈量偏大）都不能满足轴承工作的需要。若轴颈采用非标准的公差带，则又违反了标准化与互换性的原则。为此，国家标准GB307．1－84《滚动轴承公差》规定：内圈基准孔公差带位于以公称内径d为零线的下方。因而这种特殊的基准孔公差带与GB1801－79中基孔制的各种轴公差带构成的配合的性质，相应地比这些轴公差带的基本偏差代号所表示的配合性质有不同程度的变紧。轴承外圈因安装在外壳孔中，通常不旋转，考虑到工作时温度升高会使轴热胀，而产生轴向移动，因此两端轴承中有一端应是游动支承，可使外圈与外壳孔的配合稍为松一点，使之能补偿轴的热胀伸长量，不然轴产生弯曲会被卡住，就会影响正常运转(见图7.2)。为此规定轴承外圈公差带位于公称外径D为零线的下方，与基本偏差为h的公差带相类似，但公差值不同。轴承外圈采取这样的基准轴公差带与GB1801－79中基轴制配合的孔公差带所组成的配合，基本上保持了GB1801－79的配合性质。因滚动轴承的内圈和外圈皆为薄壁零件，在制造与保管过程中极易变形（如变成椭圆形），但当轴承内圈与轴或外图7.2轴的弯曲被卡住圈与外壳孔装配后，如果这种变形不大，极易得到纠正。因此对滚动轴承套圈任一横截面内测得的最大与最小直径平均值对公称直径的偏差，只要在内、外径公差带内，就认为合格。为了控制轴承的形状误差，滚动轴承还规定了其它的技术要求。滚动轴承内径与外径的公差带见图7.3。图7.3滚动轴承内径与外径的公差带3.轴颈和外壳孔公差带的种类由于轴承内径和外径公差带在制造时已确定，因此，它们分别与外壳孔、轴颈的配合，要由外壳孔和轴颈的公差带决定。故选择轴承的配合也就是确定轴颈和外壳孔的公差带。国家标准所规定的轴颈和外壳孔的公差带可参看图7－4、5所示。由图可见，轴承内圈与轴颈的配合比GB1801－79中基孔制同名配合紧一些，g5、g6、h5、h6轴颈与轴承内圈的配合已变成过渡配合，k5、k6、m5、m6已变成过盈配合，其余也都有所变紧。图7.4轴承与轴颈配合常用公差带关系图7.5轴承与外壳孔配合常用公差带关系轴承外圈与外壳孔的配合与GB1801－79中基轴制的同名配合相比较，虽然尺寸公差有所不同，但配合性质基本相同。二、滚动轴承配合的选择正确地选择配合，对保证滚动轴承的正常运转，延长其使用寿命关系极大。为了使轴承具有较高的定心精度，一般在选择轴承两个套圈的配合时，都偏向紧密。但要防止太紧，因内圈的弹性胀大和外圈的收缩会使轴承内部间隙减小甚至完全消除并产生过盈，不仅影响正常运转，还会使套圈材料产生较大的应力，以致降低轴承的使用寿命。故选择抽承配合时，要全面地考虑各个主要因素，应以轴承的工作条件、结构类型和尺寸、精度等级为依据，查表确定轴颈和外壳孔的尺寸公差带、形位公差和表面粗糙度。表7－2至表7－8适用于：轴承精度等级为P0、P6级；2）轴为实体或厚壁空心件；3）轴颈处外壳孔材料为钢和铸铁；4）轴承应是具有基本组的径向游隙，另有注解都除外。（一）查表确定轴承配合的主要依据套圈与负荷方向的关系（1）套圈相对于负荷方向静止，此种情况是指，当方向固定不变的定向负荷（如齿轮传动力、皮带拉力、车削时的径向切力）作用于静止的套圈时。如图7.6所示不旋转的外圈和图7-7所示不旋转的内圈皆受到方向始终不变的F的作用。减速器转轴两端轴承外圈、汽车与拖拉机前轮（从动轮）轴承内圈受力就是典型的例子。此时套圈相对于负荷方向静止的受力特点是负荷集中作用，套圈滚道局部容易产生磨损。图7.6轴承套圈与负荷的关系a）定向负荷、内圈转动b）定向负荷、外圈转动c）旋转负荷、内圈转动d）旋转负荷、外圈转动（2）套圈相对于负荷方向旋转此种情况是指旋转负荷（如旋转工件上的惯性离心力、旋转镗杆上作用的径向切削力等）依次作用在套圈的整个滚道上。如图7.6，对旋转内圈和图圈的受力也是典型例子。此时套圈相对于负荷方向旋转的受力特点是负荷呈周期作用，套圈滚道产生均匀磨损。FrFc（3）套圈相对于负荷方向摆动当由定向负荷与旋转负荷所组成的合成径向负荷用用在套圈的部分滚道上时，该套圈便相对于负荷方向摆动。如图7－6c和图7－6d所示，轴承套圈受到定向负荷Fr和旋转负荷Fc的的同时作用，二者的合成负荷将由小到大，再由大到小地周期性变化。当FrFc时（图7.7），合成负荷就在弧AB区域内摆动，不旋转的套圈则相对于负荷方向摆动，而旋转的套圈则相对于负荷方向旋转。当Fr＜Fc时，合成负荷沿着圆周变动，不旋转的套圈就相对于负荷方向旋转，而旋转的套圈则相对于负荷方向摆动。由上分析可知，套圈相对于负荷方向的状态不同图7.7摆动负荷（静止、旋转、摆动），负荷作用的性质亦不相同。相对静止状态呈局部负荷作用；相对旋转状态呈循环负荷作用；相对摆动状态则呈摆动负荷作用。一般来说，受循环负荷作用的套圈与轴颈（或外壳孔）的配合应选得较紧一些；而承受局部负荷作用的套圈外壳孔（或轴颈）的配合应选得松一些（既可使轴承避免局部磨损，又可使装配拆卸方便）；而承受摆动负荷的套圈与承受循环负荷作用的套圈在配合要求上可选得相同或选得稍松一点。2.负荷的大小选择滚动轴承与轴颈和外壳孔的配合还与负荷的大小有关。GB/T275－93根据当量径向动负荷P与轴承产品样本中规定的额定动负荷C的比值大小，分为了轻、正常和重负荷三种类型（见表7－6），选择配合时，应逐渐较紧。这是因为在重负荷和冲击负荷的作用时，为了防止轴承产生变形和受力不匀，引起配合松动，随着负荷的增大，过盈量应选得越大，承受变化负荷应比承受平稳负荷的配合选得较紧一些。表7－2安装向心轴承和角接触轴承的轴颈公差带内圈工作条件应用举例深沟球轴承和角接触球轴承圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承调心滚子轴承轴颈公差带旋转状态负荷类型轴承公称内径（mm）圆柱孔轴承内圈相对于负荷方向旋转和摆动轻负荷电器、仪表、机床主轴、精密机械、泵、通风机、传送带≤1818～100100～200--≤4040～143140～200-≤4040～100100～200h5j6①k6①m6①正常负荷一般机械、电动机、涡轮机、泵、内燃机、变速≤1818～--j5箱、木工机械100100～140140～200200～280---≤4040～100100～140140～200200～400--≤4040～6565～100100～140140～280280～500500k5②m5②m6n6p6r6r7重负荷铁路车辆和电车的轴箱、牵引电动机、轧机、破碎机等重型机械----50～140140～200200-50～100100～140140～200200n6③p6③r6③r7③内圈相对于负荷方向静止各类负荷静止轴上的各种轮子内圈必须在轴向容易移动所有尺寸g6①张紧滑轮、绳索轮内圈不需在轴向移动所有尺寸H6①纯轴向负荷所有应用场合j6.js6圆锥孔轴承（带锥形套）所有负荷火车和电车的轴箱装在退卸套上的所有尺寸h8(IT5)④一般机械或传动轴装在紧定套上的所有尺寸h9(IT7)⑤*①对精度有较高要求的场合，应选用j5、k5、．．．．．．等分别代替j6、k6、．．．等。②单列圆锥滚子轴承和单列角接触球轴承的内部游隙的影响不甚重要，可用k6和m6分别代表k5和m5。③应选用轴承径向游隙大于基本组游隙的滚子轴承。④凡有较高的精度或转速要求的场合，应选用h7，轴颈形状公差为IT5。⑤尺寸≥500mm，轴颈形状公差为IT7。3.径向游隙轴承的径向游隙按GB4604－84规定，分为第2组、基本组、第3组、第4组、第5组。游隙的大小依次由小到大。游隙大小必须合适，过大不仅使转轴发生较大的径向跳动和轴向窜动，还会使轴承产生较大的振动和噪声。过小又会使轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力，使轴承摩擦发热而降低寿命，故游隙大小应适度。在常温状态下工作的具有基本组径向游隙的轴承（供应的轴承无游隙标记，即是基本组游隙），按表选取轴颈和外壳孔公差带一般都能保证有适度的游隙。但如因重负荷轴承内径选取过盈量较大的配合（见表7－2注③），则为了补偿变形引起的游隙过小，应选用大于基本组游隙的轴承。