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滚动轴承与轴、孔的配合-机械设计工程师必备


[中华轴承网] 2018/12/5 作者:中华轴承网

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o

5(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。

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(ds)与外径(Ds)的偏差(△d,△D);②轴承单一平面平均内径(dmp)与外径(Dmp)的偏差(△dmp,△Dmp)。

两种形状公差是:①轴承单一径向平面内,内径(ds)与外径(Ds)的变动量(Vdp,VDp);②轴承平均内径(dmp)与外径(Dmp)的变动量(Vdp,VDp)。

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△dmp,△Dmp的极限值。

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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Dmp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dmp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。dmp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。

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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/T 275一1993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。

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国家标准GB/T 275一1993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。

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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。

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(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F0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F0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17.4所示,轴承受到定向负荷F0和较小的旋转负荷F1的同时作用,二者的合成负荷F由小到大、再由大到小的周期 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。

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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<0.15 C称为正常负荷,P>0.15 C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Ymin计算(mm)为

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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,b=B-2r,B为轴承宽度,r为内圈倒角。

为避免套圈破裂,最大过盈Ymin计算(mm)必须按不允许超出套圈的允许强度来计算

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式中,[δp]——允许的拉应力,105Pa,轴承钢的拉应力[δp]≈400×105Pa;

d——轴承内圈内径,m。

根据计算得到的Ymin计算,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。

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① 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。

⑤ IT6、IT7表示圆柱度公差值。

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① 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。

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① 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。

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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、轴肩及外壳孔端面的端面圆跳动公差、名表面的粗糙度要求等,如表17.7、表17.8所示。

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四、选用举例

例1 有一圆柱齿轮减速器(如图17.5所示),小齿轮轴要求较高的旋转精度,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,并将它们分别标注在装配图和零件图上。

解 按给定条件,可知Fr=0.125Cr,属于正常负荷。内圈负荷为旋转负荷,外圈负荷为定向负荷。参考表17.3、表17.4,选轴颈公差带为k6,外壳孔公差带为G7或H7。但由于该轴旋转精度要求较高,故选更紧一些的配合J7较为恰当。

从表17.1中查出,轴承内、外圈单一平面平均直径的上、下偏差,再由表13.1、表13.2查出k6和J7的上、下偏差,从而画出公差带图,如图17.6所示。

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从图中可算出内圈与轴Ymin=-0.002mm,Ymax=-0.030mm;外圈与孔

Xmax=+0.037mm,Ymax=-0.013mm。

查表17.7得圆柱度要求:轴颈为0.004mm,外壳孔为0.010mm;端面圆跳动要求:轴肩0.012mm,外壳孔肩0.025mm。

查表17.8得粗糙度要求:轴颈Ra≤0.8um,轴肩Ra≤3.2um,外壳孔Ra≤1.6um,孔肩

Ra≤3.2um。

将选择的各项公差要求标注在图上,如图17.7。

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例2 在C616车床主轴后支承上,装有两个单列向心球轴承(见图17.8),其外形尺寸为

dxDxB=50mmx90mmx20mm,试选定轴承的精度等级,轴承与轴、外壳孔的配合。(C616为普通车床,旋转精度和转速较高)

解:

1、确定轴承的精度等级

(1)C616车床属于轻载的普通车床,主轴承受轻载荷。

(2)C616车床的旋转精度和转速较高,选择6(E)级精度的滚动轴承。

2、确定轴承与轴、外壳孔的配合

(1)轴承内圈与主轴配合一起旋转,外圈装在壳体中不转。

(2)主轴后支承主要承受齿轮传递力,故内圈承受旋转负荷,外圈承受定向负荷,前者配合应紧,后者配合略松。

(3)参考表17.3、表17.4选出轴公差带为j5mm,壳体孔公差带为J6mm。

(4)机床主轴前轴承已轴向定位,若后轴承外圈与壳体孔配合无间隙,则不能补偿由于温度变化引起的主轴的伸缩性;若外圈与壳体孔配合有间隙,会引起主轴跳动,影响车床的加工精度。为了满足使用要求,将壳体孔公差带提高一档,改用K6mm。

(5)按滚动轴承公差国家标准,由表17.1查出6(E)级轴承单一平面平均内径偏差

△dmp上=0mm,△dmp下=-0.01mm;单一平面平均外径偏差△Dmp上=0mm

,△Dmp下=-0.013mm。

根据公差与配合国标GB/T1800.3-1998,查得:轴为

φ50j5(+0.006/-0.005)mm,壳体孔为φ90K6(+0.004/-0.018)mm。

图17.9为C616车床主轴后轴承的公差与配合图解,由此可知,轴承与轴的配合比外壳孔的配合要紧些。

(6)查表17.7得圆柱度要求:轴颈为0.0025mm,外壳孔为0.006mm;端面圆跳动要求:轴肩0.008mm。

查表17.8得粗糙度要求:轴颈Ra≤0.4um,轴肩Ra≤1.6um,外壳孔Ra≤1.6um。

将选择的各项公差要求标注在图上,如图17.10。

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