滾動軸承與軸孔的配合

第十七章滾動軸承與軸、孔的配合第一節(jié)滾動軸承精度等級及其應用一、滾動軸承的精度等級國標GB/T307.3－1996規(guī)定向心軸承（圓錐滾子軸承除外）精度分為0，6，5，4，2（相稱于GB/T307.3－1984規(guī)定G，E，D，C，B級）五級，精度依次升高，0（G）級精度最低，2（B）級精度最高。國標GB/T307.3－1996規(guī)定圓錐滾子軸承精度分為0，6x，5，4四級；推力軸承精度分為0，6，5，4四級。二、滾動軸承精度等級的選用滾動軸承各級精度的應用狀況以下：0（G）級（普通稱為普通級）——用于低、中速及旋轉精度規(guī)定不高的普通旋轉機構，它在機械中應用最廣。例如普通機床變速箱、進給箱的軸承，汽車、拖拉機變速箱的軸承，普通電動機、水泵、壓縮機等旋轉機構中的軸承等。6（E）級——用于轉速較高、旋轉精度規(guī)定較高的旋轉機構。例如普通機床的主軸后軸承，精密機床變速箱的軸承等o5（D）級、4（C）級——用于高速、高旋轉精度規(guī)定的機構。例如精密機床的主軸軸承，精密儀器儀表的重要軸承等。2（B）級——用于轉速很高、旋轉精度規(guī)定也很高的機構。例如齒輪磨床、精密坐標鏜床的主軸軸承，高精度儀器儀表的重要軸承等。第二節(jié)滾動軸承內、外徑的公差帶滾動軸承的內圈、外圈都是薄壁零件，在制造和保管過程中容易變形，但當軸承內圈與軸、外圈與外殼孔裝配后，這種少量的變形會得到一定程度的矯正。田此，國標對軸承內、外徑分別規(guī)定了兩種尺寸公差和兩種形狀公差。兩種尺寸公差是：①軸承單一內徑（）與外徑（）的偏差（，）；②軸承單一平面平均內徑（）與外徑（）的偏差（，）。兩種形狀公差是：①軸承單一徑向平面內，內徑（）與外徑（）的變動量（，）；②軸承平均內徑（）與外徑（）的變動量（，）。合格的滾動軸承，必須同時滿足所規(guī)定的兩種公差規(guī)定。表17.1列出了部分向心軸承，的極限值。表17.1向心軸承，的極限值（摘自GB/T307.1－1994）精度等級0（G）6（E）5（D）4（C）2（B）基本直徑/mm，/m不不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內圈18300-100-8060502.530500-120-100-80-60-2.5外圈50800-130-110-90-70-4801200-150-130-100-80-5滾動軸承是原則部件，為了便于交換，軸承內圈與軸采用基孔制配合，外圈與孔采用基軸制配合。原則中規(guī)定的軸承外圈單一平面平均直徑的公差帶的上偏差為零，如圖17.1所示，與普通基軸制相似；單一平面平均內徑的公差帶，其上偏差也為零（圖17.1），這和普通基孔制的規(guī)定不同。這重要考慮軸承配合的特殊需要。由于在多數狀況下軸承內圈隨軸一起轉動，兩者之間配合必須有一定過盈，但過盈量又不適宜過大，以確保拆卸方便，避免內圈應力過大。的公差帶在零線下方，當其與k，m，n等軸配合時，將獲得比普通過渡配合規(guī)定的過盈量稍大的過盈配合；當與g，h等軸配合時不再是間隙配合、而成為過渡配合。圖17.1軸承單一平面平均內、外徑的公差帶第三節(jié)滾動軸承與軸、孔的配合及其選用一、軸和外殼孔的公差帶國標GB/T275一1993推薦了與0（G）、6（E）、5（D）、4（C）級相配合的軸和孔的公差帶。見表17.2。表17.2與滾動軸承各級精度相配合的軸和外殼孔公差帶軸承精度軸公差帶外殼孔公差帶過渡配合過盈配合間隙配合過渡配合過盈配合0g8g6g5h7h6h5j6j5js5k6k5m6m5n6p6r6G7H8H7H6J7J6JS7JS6K7K6M7M6N7N6P7P66g6g5h6h5j6j5js5k6k5m6m5n6p6r6G7H8H7H6J7J6JS7JS6K7K6M7M6N7N6P7P65h5j5js5k6k5m6m5H6JS6K6M64h5js5k5m5K6注：1.孔N6與G級精度軸承（外徑D＜150mm）和E級精度軸承（外徑D＜315mm）的配合過盈配合。2.軸r6用于內徑d＞120～500mm；軸r7用于內徑d＞180～500mm。國標GB/T275一1993對與滾動軸承配合的軸頸規(guī)定了17種慣用公差帶，對外殼孔規(guī)定了16種慣用公差帶，如圖17.2所示。（a）軸承與軸配合的慣用公差帶關系圖（b）軸承與外殼孔配合的慣用公差帶關系圖圖17.2與滾動軸承配合的軸、外殼孔慣用公差帶二、軸和外殼孔與滾動軸承配合的選用對的選擇軸承的配合，對確保機器正常運轉、提高軸承使用壽命、充足發(fā)揮其承載能力關系很大，選擇時應考慮下列因素：1、負荷類型軸承轉動時，根據作用于軸承上合成徑向負荷相對套圈的旋轉狀況，可將所示負荷分為局部負荷、循環(huán)負荷和擺動負荷三類，見圖17.3。內圈－旋轉負荷內圈－定向負荷內圈－旋轉負荷內圈－擺動負荷外圈－定向負荷外圈－旋轉負荷外圈－擺動負荷外圈－旋轉負荷（a）（b）（c）（d）圖17.3軸承承受的負荷類型（1）定向負荷徑向負荷始終不變地作用在套圈滾道的局部區(qū)域上。圖17.3（a）固定的外圈和17.3（b）固定的內圈均受到一種方向一定的徑向負荷的作用。承受這類負荷的套圈與殼體孔或軸的配合，普通選較松的過渡配合，或較小的間隙配合，方便讓套圈滾道間的摩擦力矩帶動轉矩，延長軸承的使用壽命。（2）旋轉負荷徑向負荷相對于套圈旋轉，并依次作用在套圈滾道的整個圓周上。圖17.3（a）和（c）的內圈，圖17.3（b）和（d）的外圈均受到一種作用位置依次變化的徑向負荷的作用。普通承受循環(huán)負荷的套圈與軸(或殼體孔)相配應選過盈配合或較緊的過渡配合，其過盈量的大小以不使套團與軸或完體孔配合表面間產生爬行現象為原則。（3）擺動負荷大小和方向按一定規(guī)律變化的徑向負荷作用在套圈的部分滾道上，此時套圈相對于負荷方向擺動。如圖17.4所示，軸承受到定向負荷和較小的旋轉負荷的同時作用，兩者的合成負荷由小到大、再由大到小的周期圖17.4擺動負荷變化。圖17.3（c）固定的外圈和圖17.3（d）固定的內圈受到擺動負荷。承受擺動負荷的套圈，其配合規(guī)定與循環(huán)負荷相似或略松某些。2、負荷的大小滾動軸承套圈與軸或殼體孔配合的最小過盈，取決于負荷的大小。普通把徑向負荷P0.07C的稱為輕負荷，0.07CP0.15C稱為正常負荷，P0.15C的稱為重負荷。其中C為軸承的額定負荷，即軸承能夠旋轉105次而不發(fā)生點蝕破壞的概率為90％時的載荷值。承受較重的負荷或沖擊負荷時，將引發(fā)軸承較大的變形，使結合面間實際過盈減小和軸承內部的實際間隙增大，這時為了使軸承運轉正常，應選較大的過盈配合。同理，承受較輕的負荷，可選用較小的過盈配合。當軸承內圈承受循環(huán)負荷時，它與軸配合所需的最小過盈（mm）為式中，——軸承承受的最大徑向負荷，kN；——與軸承系列有關的系數，輕系列＝2.8，中系列＝2.3，重系列＝2；——軸承內圈的配合寬度，m，，為軸承寬度，為內圈倒角。為避免套圈破裂，最大過盈（mm）必須按不允許超出套圈的允許強度來計算式中，——允許的拉應力，105Pa，軸承鋼的拉應力≈400×105Pa；——軸承內圈內徑，m。根據計算得到的，便可從國標“公差與配合”表中選用最靠近的配合。3、工作溫度的影響軸承工作時，由于摩擦發(fā)熱和其它因素，軸承套圈的溫度往往高于與其相配零件的溫度。這樣，內圈與軸的配合可能松動，外圈與孔的配合可能變緊，因此在選擇配合時，必須考慮軸承工作溫度的影響。因此，軸承工作溫度普通應低于100℃，在高于此溫度中工作的軸承，應將所選用的配合適宜修正。4、軸承尺寸大小滾動軸承的尺寸越大，選用的配合應越緊。但對于重型機械上使用的特別大尺寸的軸承，應采用較松的配合。5、旋轉精度和速度的影響對于負荷較大、有較高旋轉精度規(guī)定的軸承，為消除彈性變形和振動的影響，應避免采用間隙配合。對精密機床的輕負荷軸承，為避免孔和軸的形狀誤差對軸承精度的影響，常采用較小的間隙配合。6、其它因素的影響為了考慮軸承安裝與拆卸的方便，宜采用較松的配合，對重型機械用的大型或特大型軸承尤為重要。如果既規(guī)定裝拆方便，又需緊配合時，可采用分離型軸承，或采用內圈帶錐孔、帶緊定套和退卸套的軸承。選用軸承配合時，還應考慮旋轉精度、旋轉速度、軸和外殼孔的構造與材料等因素?？偠灾?，影響滾動軸承配合選用的因素鉸多，普通難以用計算法擬定，因此在實際生產中慣用類比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了國標推薦的安裝向心軸承和角接觸軸承、推力軸承的軸和外殼孔的公差帶的應用狀況，供選用時參考。表17.3向心軸承和軸的配合軸公差帶代號（GB/T275－1993）圓柱孔軸承運轉狀態(tài)負荷狀態(tài)深溝球軸承、調心球軸承和角接觸球軸承圓柱和圓錐滾子軸承調心滾子軸承公差帶說明舉例軸承公差內徑/mm旋轉的內圈負荷及擺動負荷普通通用機械、電動機、機床主軸、泵、內燃機、正齒輪傳動裝置、鐵路機車車輛軸箱、破碎機等輕負荷≤18＞18～100＞100～200－－≤40＞40～140＞140～200－≤40＞40～100＞100～200h5j6=1\*GB3①k6=1\*GB3①m6=1\*GB3①正常負荷≤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重負荷＞50～140＞140～200＞200－＞50～100＞100～140＞140～200＞200n6p6r6r7固定的內圈負荷靜止軸上的多個輪子、張緊線輪、振動篩、慣性振動器全部負荷所用尺寸f6g6=1\*GB3①h6j6僅有軸向負荷所用尺寸j6、js6圓錐孔軸承全部負荷鐵路機車車輛軸箱裝在退卸套上的全部尺寸h8(IT6)=4\*GB3④=5\*GB3⑤普通機械傳動裝在緊定套上的全部尺寸h9(IT6)=4\*GB3④=5\*GB3⑤①凡對精度有較高規(guī)定的場合，應用j5，k5……替代j6，k6……。②圓錐滾子軸承、角接觸球軸承配合對游隙影響不大，可用k6、m6替代k5、m5。③重負荷下軸承游隙應選不不大于0組。④凡有較高精度或轉速規(guī)定的場合，應選用h7(IT5)替代h8(IT6)等。⑤IT6、IT7表達圓柱度公差值。表17.4向心軸承和外殼的配合孔公差帶代號（GB/T275－1993）運轉狀態(tài)負荷狀態(tài)其他狀況公差帶=1\*GB3①說明舉例球軸承滾子軸承固定的外圈負荷普通機械、鐵路機車車輛軸箱、電動機、泵、曲軸主軸承輕、正常、重軸向易移動，可采用剖分式外殼H7、G7=2\*GB3②沖擊軸向能移動，可采用整體式或剖分式外殼J7、JS7擺動負荷輕、正常正常、重軸向不移動，采用整體式外殼K7沖擊M7旋轉的外圈負荷張緊滑輪、輪轂軸承輕J7K7正常K7、M7M7、N7重N7、P7①并列公差帶隨尺寸的增大從左至右選擇，對旋轉精度有較高規(guī)定時，可對應提高一種公差等級。②不合用剖分式外殼。表17.5推力軸承和軸的配合軸公差帶代號（GB/T275－1993）運轉狀態(tài)負荷狀態(tài)球和滾子軸承調心滾子軸承公差帶軸承公差內徑/mm僅有軸向負荷所有尺寸j6、js6固定的軸圈負荷徑向和軸向聯合負荷≤250＞250j6js6旋轉的軸圈負荷或擺動負荷≤200＞200～400＞400k6=1\*GB3①m6n6①規(guī)定較小過盈時，可分別用j6、k6、m6替代k6、m6、n6。②也涉及推力圓錐滾子軸承，推力角接觸軸承。表17.6推力軸承和外殼的配合孔公差帶代號（GB/T275－1993）運轉狀態(tài)負荷狀態(tài)軸承類型公差帶備注僅有軸向負荷球軸承H8圓柱、圓錐滾子軸承H7調心滾子軸承外殼孔與座圈間間隙為0.001D（D為軸承公稱外徑）固定的座圈負荷徑向和軸向聯合負荷角接觸球軸承、調心滾子軸承、圓錐滾子軸承H7旋轉的座圈負荷或擺動負荷K7普通使用條件M7有較大徑向負荷時三、配合表面的其它技術規(guī)定GB/T275－1993規(guī)定了與軸承配合的軸頸和外殼孔表面的圓柱度公差、軸肩及外殼孔端面的端面圓跳動公差、名表面的粗糙度規(guī)定等，如表17.7、表17.8所示。表17.7軸和外殼孔的形位公差基本尺寸/mm圓柱度t端面圓跳動t1軸頸外殼孔軸肩外殼孔肩軸承公差等級06(6x)06(6x)06(6x)06(6x)不不大于至公差值/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）軸或軸承座直徑/mm軸或外殼配合表面直徑公差等級IT7IT6IT5表面粗糙度不不大于至RzRaRzRaRzRa磨車磨車磨車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、選用舉例例1有一圓柱齒輪減速器（如圖17.5所示），小齒輪軸規(guī)定較高的旋轉精度，裝有0級單列深溝球軸承，軸承尺寸為50mm×110mm×27mm，額定動負荷＝3N，軸承承受的徑向負荷＝4000N。試用類比法擬定軸頸和外殼孔的公差帶代號，畫出公差帶圖，并擬定孔、軸的形位公差值和表面粗糙度，并將它們分別標注在裝配圖和零件圖上。解按給定條件，可知＝0.125，屬于正常負荷。內圈負荷為旋轉負荷，外圈負荷為定向負荷。參考表17.3、表17.4，選軸頸公差帶為k6，外殼孔公差帶為G7或H7。但由于該軸旋轉精度規(guī)定較高，故選更緊某些的配合J7較為恰當。從表17.1中查出，軸承內、外圈單一平面平均直徑的上、下偏差，再由表13.1、表13.2查出k6和J7的上、下偏差，從而畫出公差帶圖，如圖17.6所示。圖17.5圓柱齒輪減速器構造圖17.6軸承與孔、軸配合的公差帶從圖中可算出內圈與軸，；外圈與孔，。查表17.7得圓柱度規(guī)定：軸頸為0.004mm，外殼孔為0.010mm；端面圓跳動規(guī)定：軸肩0.012mm，外殼孔肩0.025mm。查表17.8得粗糙度規(guī)定：軸頸，軸肩，外殼孔，孔肩。將選擇的各項公差規(guī)定標注在圖上，如圖17.7。圖17.7軸和外殼孔的公差帶標注例2在C616車床主軸后支承上，裝有兩個單列向心球軸承（見圖17.8），其外形尺寸為，試選定軸承的精度等級，軸承與軸、外殼孔的配合。（C616為普通車床，旋轉精度和轉速較高）解：1、擬定軸承的精度等級（1）C616車床屬于輕載的普通車床，主軸承受輕載荷。（2）C616車床的旋轉精度和轉速較高，選擇6（E）級精度的滾動軸承。2、擬定軸承與軸、外殼孔的配合（1）軸承內圈與主軸配合一起旋轉，外圈裝在殼體中不轉。（2）主軸后支承重要承受齒輪傳遞力，故內圈承受旋轉負荷，外圈承受定向負荷，前者配合應緊，后者配合略松。（3）參考表17.3、表17.4選出軸公差帶為j5mm，殼體孔公差帶為J6mm。（4）機床主軸前軸承已軸向定位，若后軸承外圈與殼體孔配合無間隙，則不能賠償由于溫度變化引發(fā)的主軸的伸縮性；若外圈與殼體孔配合有間隙，會引發(fā)主軸跳動，影響車床的加工精度。為了滿足使用規(guī)定，將殼體孔公差帶提高一檔，改用K6mm。（5）按滾動軸承公差國標，由表17.1查出6（E）級軸承單一平面平均內徑偏差，；單一平面平均外徑偏差，。根據公差與配合國標GB/T1800.3－1998，查得：軸為，殼體孔為。圖17.9為C616車床主軸后軸承的公差與配合圖解，由此可知，軸承與軸的配合比外殼孔的配合要緊些。（6）查表17.7得圓柱度規(guī)定：軸頸為0.0025mm，外殼孔為0.006mm；端面圓跳動規(guī)定：軸肩0.008mm。查表17.8得粗糙度規(guī)定：軸頸，軸肩，外殼孔。將選擇的各項公差規(guī)定標注在圖上，如圖17.10。圖17.8C616車床主軸后軸承構造圖17.