第六章 滚动轴承的公差与配合

第6章滚动轴承与孔、轴配合的互换性基本要求：1、了解滚动轴承的结构、滚动轴承的公差及配合、负荷类型等基本概念；2、掌握滚动轴承的精度设计的基本方法，合理确定滚动轴承的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度参数值。重点难点：滚动轴承与孔、轴结合时配合的选用轴承轴承是一种专业化生产的高精度标准化部件，主要用于支承旋转的轴，可以减少运动副之间的摩擦、磨损，提高传动效率。滚动轴承具有摩擦系数小，润滑简便、易于更换等许多优点，因而，在机械制造中作为转动支承得到广泛应用。6.1滚动轴承的组成、分类及代号1．滚动轴承的组成：滚动轴承一般由套圈（分外圈、内圈）、滚动体（滚子或钢球等）和保持架组成。滚动轴承的外径D、内径d是配合尺寸，分别与外壳孔和轴颈相配合。滚动轴承与外壳孔及轴颈的配合属于光滑圆柱体配合，其互换性为完全互换（外互换）；而内、外圈滚道与滚动体的装配一般采用分组装配，其互换性为不完全互换（内互换）。对轴承的要求为保证轴承的工作性能，必须满足两项要求：1、必要的旋转精度：内、外圈的径向圆跳动和端面的端面圆跳动误差应控制在允许的范围内；2、合适的游隙：包括径向游隙和轴向游隙。2.滚动轴承的分类：（1）按所承受负荷的方向，分为：向心轴承α=0°其中α为接触角向心类向心角接触轴承0°＜α＜45°推力轴承α=90°推力类推力角接触轴承45°＜α＜90°（2）按滚动体结构，分为：球轴承和滚子轴承。滚子轴承包括圆锥滚子轴承、滚针轴承等（3）按轴承的列数，分为：单列、双列、三列、四列、多列轴承。（4）按工作中能否自动调整轴和孔的角度偏差，分为：调心轴承、非调心轴承（5）按内外径尺寸大小，分为：特大型轴承（外径＞800mm）；大型轴承（180＜外径≤800mm）；中型轴承（80＜外径≤180mm）；小型轴承（内径＞10mm，外径≤80mm）；微型轴承（外径＜9mm）；按上述分类，轴承类型可以描述为：单列向心球轴承、圆锥滚子轴承、双列角接触球轴承、推力调心滚子轴承、推力球轴承、双列圆柱滚子轴承等。TBTCHDddDd外圈内圈滚动体保持架DαdD滚动轴承类型举例a)向心轴承b)圆锥滚子轴承c)角接触球轴承d)推力轴承3.滚动轴承的代号（按GB/T272-93）轴承代号由前置代号，基本代号，和补充代号组成。轴承代号前置代号基本代号后置代号成套轴承部件1234512345678类型尺寸系列轴承内径内部结构密封与防尘保持架及其材料特殊轴承材料公差等级游隙配置其他（1）滚动轴承的基本代号（滚针轴承除外）基本代号用来表明轴承类型、宽度系列、直径系列和内径，一般如表所示为5位数。类型代号基本代号从左至右第一位数，占一位数位。滚动轴承类型代号用数字或大写的拉丁字母表示。1）类型代号代号轴承类型代号轴承类型0双列角接触球轴承NNUNJNFNUP圆柱滚子轴承1调心球轴承2调心滚子轴承，推力调心滚子轴承3圆锥滚子轴承4双列深沟球轴承5推力球轴承NNNNU双列圆柱滚子轴承6深沟球轴承7角接触球轴承UCUELUR外球面球轴承8推力圆柱滚子轴承QJ四点接触球轴承2）尺寸系列代号基本代号第二、三位数，占二位数宽度系列直径系列直径系列宽度系列高度系列80123456791278901234517081809190010011102120313043)内径代号基本代号第四、五位数，占二位数位。内径代号是代表轴承的轴承内径。公称内径内径代号示例0.6到10非整数用毫米直接表示.用/内径618/1.5—内径1.51到9整数用毫米直接表示.深沟球轴承7、8、9直径系列用/内径635—内径5mm618/5—内径5mm10—1710，12，15，17，代号为00，01，02，036200—内径1020—4805的倍数23209—内径45500以上/内径232/500—内径500例如有调心滚子轴承基本代号23224，位数从左向右是这样表示的：2代表轴承类型，为调心滚子轴承；32代表尺寸系列，宽度系列是3，而直径系列是2；24代表内径代号d=120mm。（2）滚动轴承的前置、后置代号(3)滚动轴承代号示例1)6209从左向右：6—深沟球轴承；2—尺寸系列是02，宽度系列为0省略，直径系列为2；09—内径d=45mm。2)7310C/P4从左向右：7—角接触球轴承；3—尺寸系列是03，宽度系列为0省略，直径系列为3；10—内径d=50mm；C—接触角α=15º；/P4—公差等级为4级。3)N2206/P43从左向右：N—圆柱滚子轴承；22—尺寸系列，宽度系列和直径系列均为2；06—内径d=30mm；/P4—公差等级为4级；3—游隙3组。4.滚动轴承的安装形式：外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。通常外圈固定不动——外圈与外壳孔为基轴制过盈配合；内圈随轴一起旋转——内圈与轴为基孔制过盈配合。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。5．有关滚动轴承的国标规定：滚动轴承的国家标准(GB/T307.3-1996)不仅规定了滚动轴承本身的尺寸精度、旋转精度（跳动公差等）、测量方法，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。6.2.1滚动轴承的公差等级根据国家标准GB/T307.3-1996的规定，向心滚动轴承按其尺寸精度和旋转精度分为五个公差等级，用0，6，5，4，2表示。精度依次提高，0级公差轴承精度最低，2级公差精度最高。圆锥滚子轴承的公差等级分为4，5，6x，0。6x级轴承与6级轴承的内径公差、外径公差和径向跳动公差均分别相同，仅前者装配宽度要求较为严格。推力轴承的公差等级分为0，6，5，4四级。滚动轴承的公差等级6.2滚动轴承的公差等级及其应用公差等级名称普通级高级精密级超精级GB/T307.3-19960级6，6x级5，4级2级滚动轴承的外形尺寸精度是指：轴承内径（d）、外径（D）和宽度（B）的精度等级。滚动轴承的旋转精度是指：（1）成套轴承内圈的径向跳动公差Kia；（2）成套轴承外圈的径向跳动公差Kea；（以上适用于所有公差等级）（3）成套轴承内圈端面对滚道的跳动Sia；（4）内圈基准端面对内孔的跳动Sd；（5）外径表面母线对基准端面的倾斜度变动量SD；（6）外径表面母线对凸缘背面的倾斜度变动量SD1；（7）成套轴承外圈端面对滚道的跳动Sea；（8）成套轴承凸缘背面对滚道的跳动Sea1。（以上适用于5，4，2级）对于6级和0级向心球轴承，标准仅规定了成套轴承内圈和外圈的径向跳动公差Kia和Kea。表6-9向心轴承内圈公差（摘自GB/T307.3-1996）表6-10向心轴承外圈公差（摘自GB/T307.3-1996）6.2.2各公差等级的滚动轴承的应用1.轴承精度等级选择的主要依据：（1）对轴承部件提出旋转精度要求，旋转精度越高，轴承精度等级应该越高；（2）轴承转速的高低：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。2.滚动轴承各级精度的应用大致为：（1）0级（普通级）轴承在机械中应用最广。它主要用于旋转精度要求不高的机构。例如，普通机床中的变速箱和进给箱，汽车、拖拉机的变速箱，普通电机、水泵、压缩机和汽轮机中的旋转机构等。（2）6级（高级），5，4级（精密级）轴承应用于转速较高和旋转精度要求也较高的机械，如机床主轴、精密仪器和机械中使用的轴承。（3）2级（超精级）轴承用于旋转精度和转速很高的机械，如坐标镗床主轴、高精度仪器和各种高精度磨床主轴所用的轴承。6.3.1滚动轴承内径、外径公差的规定向心或向心推力轴承内圈和外圈都是薄壁件，在制造过程中或在自由状态下都容易变形；而当轴承内圈与轴径、外圈与轴承孔装配后，又容易使这种变形得到纠正。根据这种特点，滚动轴承标准（GB/T307.1-94）不仅规定了两种尺寸公差带，还规定了两种形状公差，目的是控制轴承与轴颈、轴承孔的配合精度和轴承变形程度。6.3滚动轴承内径、外径的公差带及其特点两种公差带加工实际直径单一内径（外径）ds(Ds)相应公差带查表单一内径：在单一径向平面内用两点法测量的直径。装配平均直径单一平面平均内径（外径）dmp，Dmp相应公差带查表Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2dmp=（dsmax+dsmin）/2滚动轴承的各项尺寸及其公差的专门符号：d–是指轴承公称内径；D—是指轴承公称外径。滚动轴承单一内径和单一平面平均内径及其公差带单一平面平均内径dmp——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1.两种极限偏差：（1）内、外径尺寸的最大值和最小值所允许的偏差，即单一内径ds与单一外径Ds的极限偏差△ds、△Ds，其目的是为了限制变形量；△Ds=Ds-D△ds=ds-d（2）内、外径实际尺寸的最大值和最小值的平均值偏差，即单一平面平均内径dmp与单一平面平均外径Dmp的极限偏差△dmp、△Dmp，目的是控制轴承的配合精度。△Dmp=Dmp-D△dmp=dmp-d式中Dsmax、Dsmin——加工后测得的最大、最小单一外径。dsmax、dsmin——加工后测得的最大、最小单一内径。2.两种形状误差：（1）规定了轴承单一径向平面内，内径ds与外径Ds的变动量Vdp、VDp，限制制造时的圆度误差；Vdp=dsmax-dsminVDp=Dsmax-Dsmin（2）规定了轴承平均内径与平均外径的变动量Vdmp、VDmp，限制装配时的圆柱度误差。Vdmp=dmpmax–dmpminVDmp=Dmpmax–Dmpmin凡合格的滚动轴承，应同时满足所规定的两种公差的要求。计算滚动轴承与孔、轴结合的间隙或过盈时，应以平均尺寸为准。例有深沟球轴承6208/P4，即是个4级精度的02尺寸系列向心轴承，公称内径d=40mm，试根据检测结果确定轴承内径尺寸是否合格？解：从表6-9中查得内径的尺寸公差及形状公差为：(1)尺寸公差1)单一内孔直径偏差：上偏差=0，下偏差=-6。即dsmax=40mm，dsmin=39.994mm。2)单一平面平均内径偏差：上偏差=0，下偏差=-6。即dmpmax=40mm，dmpmin=39.994mm。(2)形状公差1)制造时的圆度公差：Vdp=0.005mm。2)装配时的圆柱度公差：Vdmp=0.003mm。轴承内径尺寸计算结果测得轴承的内径尺寸和计算结果如下2998.39402995.39997.39dmpⅠ=dmpⅡ=测量平面ⅠⅡ量得的单一内径尺寸(ds)dsmax=40.000dsmin=39.998dsmax=39.997dsmin=39.995合格计算结果dmpdmpⅠ==39.999dmpⅡ==39.996合格VdpVdp=40–39.998=0.002＜0.005Vdp=39.997–39.995=0.002＜0.005合格VdmpVdmp=dmpⅠ-dmpⅡ=39.999–39.996=0.003=0.003合格结论内径尺寸合格2998.39402995.39997.396.3.2滚动轴承平均直径（dmp、Dmp）公差带的特点1.特点滚动轴承是标准部件，所以，滚动轴承外圈和轴承孔的配合，采用基轴制，外圈的单一平面平均外径为配合中的基准轴；内圈与轴颈的配合采用基孔制，内圈的单一平面平均内径为配合中的基准孔。它们的公差带分布如下：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。虽然轴承内圈与轴的配合是基孔制，但滚动轴承内圈所有公差等级的公差带都在零线的下方且上偏差为零。其主要原因是轴承配合的特殊要求。在大多数情况下，轴承内圈与轴一起旋转，两者之间的配合必须有一定的过盈（但过盈量不能太大）。为防止内圈和轴颈的配合相对滑动而产生磨损，影响轴承的工作性能，因此国标GB307.1-84规定：内圈基准孔公差带位于以公称内径d为零线的下方。即上偏差为零，下偏差为负值。轴承外圈安装在外壳孔中，通常不旋转，考虑到工作时温度升高会使轴膨胀，两端轴承中有一端应是游动支承，可把