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（相当于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情况如下：0（G）级（通常称为普通级）——用于低、中速及旋转精度要求不高的一般旋转机构，它在机械中应用最广。例如普通机床变速箱、进给箱的轴承，汽车、拖拉机变速箱的轴承，普通电动机、水泵、压缩机等旋转机构中的轴承等。6（E）级——用于转速较高、旋转精度要求较高的旋转机构。例如普通机床的主轴后轴承，精密机床变速箱的轴承等o5（D）级、4（C）级——用于高速、高旋转精度要求的机构。例如精密机床的主轴轴承，精密仪器仪表的主要轴承等。2（B）级——用于转速很高、旋转精度要求也很高的机构。例如齿轮磨床、精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器仪表的主要轴承等。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容易变形，但当轴承内圈与轴、外圈与外壳孔装配后，这种少量的变形会得到一定程度的矫正。田此，国家标准对轴承内、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（sd）与外径（sD）的偏差（d，D）；②轴承单一平面平均内径（mpd）与外径（mpD）的偏差（mpd，mpD）。两种形状公差是：①轴承单一径向平面内，内径（sd）与外径（sD）的变动量（dpV，DpV）；②轴承平均内径（mpd）与外径（mpD）的变动量（mdpV，mDpV）。合格的滚动轴承，必须同时满足所规定的两种公差要求。表17.1列出了部分向心轴承mpd，mpD的极限值。表17.1向心轴承mpd，mpD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/mmmpd，mpD/m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滚动轴承是标准部件，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。标准中规定的轴承外圈单一平面平均直径mpD的公差带的上偏差为零，如图17.1所示，与一般基轴制相同；单一平面平均内径mpd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同。这主要考虑轴承配合的特殊需要。因为在多数情况下轴承内圈随轴一起转动，二者之间配合必须有一定过盈，但过盈量又不宜过大，以保证拆卸方便，防止内圈应力过大。mpd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家标准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0g8g6g5k6k5G7J7J6JS7JS6P7h7h6h5j6j5js5m6m5n6p6r6H8H7H6K7K6M7M6N7N6P66g6g5h6h5j6j5js5k6k5m6m5n6p6r6G7H8H7H6J7J6JS7JS6K7K6M7M6N7N6P7P65h5j5js5k6k5m6m5H6JS6K6M64h5js5k5m5K6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。国家标准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正确选择轴承的配合，对保证机器正常运转、提高轴承使用寿命、充分发挥其承载能力关系很大，选择时应考虑下列因素：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情况，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）定向负荷径向负荷始终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个方向一定的径向负荷0F的作用。承受这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）的外圈均受到一个作用位置依次改变的径向负荷0F的作用。通常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。如图荷1F的同时作17.4所示，轴承受到定向负荷0F和较小的旋转负用，二者的合成负荷F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，其配合要求与循环负荷相同或略松一些。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P0.07C的称为轻负荷，0.07CP0.15C称为正常负荷，P0.15C的称为重负荷。其中C为轴承的额定负荷，即轴承能够旋转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计算minY（mm）为式中，R——轴承承受的最大径向负荷，kN；k——与轴承系列有关的系数，轻系列＝2.8，中系列＝2.3，重系列＝2；b——轴承内圈的配合宽度，m，rBb2，B为轴承宽度，r为内圈倒角。为避免套圈破裂，最大过盈计算maxY（mm）必须按不允许超出套圈的允许强度来计算式中，p——允许的拉应力，105Pa，轴承钢的拉应力p≈400×105Pa；d——轴承内圈内径，m。根据计算得到的计算minY，便可从国标“公差与配合”表中选取最接近的配合。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，内圈与轴的配合可能松动，外圈与孔的配合可能变紧，所以在选择配合时，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，应将所选用的配合适当修正。4、轴承尺寸大小滚动轴承的尺寸越大，选取的配合应越紧。但对于重型机械上使用的特别大尺寸的轴承，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、有较高旋转精度要求的轴承，为消除弹性变形和振动的影响，应避免采用间隙配合。对精密机床的轻负荷轴承，为避免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、其他因素的影响为了考虑轴承安装与拆卸的方便，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。如果既要求装拆方便，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、轴和外壳孔的结构与材料等因素。综上所述，影响滚动轴承配合选用的因素铰多，通常难以用计算法确定，所以在实际生产中常用类比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了国家标准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情况，供选用时参考。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、正轻负荷≤18＞18～100＞100～200－－≤40＞40～140＞140～200－≤40＞40～100＞100～200h5j6①k6①m6①齿轮传动装置、铁路机车车辆轴箱、破碎机等正常负荷≤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、js5k5②m5②m6n6p6r6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各种轮子、张紧线轮、振动筛、惯性振动器所有负荷所用尺寸f6g6①h6j6仅有轴向负荷所用尺寸j6、js6圆锥孔轴承所有负铁路机车车辆装在退卸套上的所有尺寸h8(IT6)④⑤荷轴箱一般机械传动装在紧定套上的所有尺寸h9(IT6)④⑤①凡对精度有较高要求的场合，应用j5，k5……代替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代替k5、m5。③重负荷下轴承游隙应选大于0组。④凡有较高精度或转速要求的场合，应选用h7(IT5)代替h8(IT6)等。⑤IT6、IT7表示圆柱度公差值。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、G7②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，对旋转精度有较高要求时，可相应提高一个公差等级。②不适用剖分式外壳。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＞400k6①m6n6①要求较小过盈时，可分别用j6、k6、m6代替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H7旋转的座圈K7普通使用条件负荷或摆动负荷滚子轴承M7有较大径向负荷时三、配合表面的其他技术要求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、